曾先后就读于苏州太仓浏河小学、明德学校、苏州女子师范学校。1929年以苏州女师第一名的成绩获准保送国立中央大学（1949年更名为国立南京大学），按当时师范生保送上大学需先教书服务一年的规定，任教中国公学。1930年入中央大学数学系，一年后转入物理系，师从近代物理学家施士元、光学家方光圻、天文学家张钰哲、电磁学家倪尚达等教授；1934年毕业，先后在浙江大学、中央研究院物理研究所工作；1936年进入美国伯克利加州大学，师从劳伦斯，塞格瑞（E.Segre)，奥本海默等教授，1940年获物理学博士学位。之后在史密斯学院、普林斯顿大学任教，1944年起一直任教于哥伦比亚大学，从事物理学研究工作。从1973年起多次回国讲学访问，1982年在南京大学开办系统讲座，论述了β衰变、宇称不守恒、穆斯堡尔效应等方面的课题。1992年南京大学出版社出版了其论文演讲集《半个世纪的科学生涯》。1997年2月16日在纽约逝世。
丈夫：袁家骝，袁世凯之孙。
1957年验证“弱相互作用下的宇称不守恒”。许多著名科学家都为她没有因该项成就获诺贝尔奖而疑惑不平。
1963年实验证明“β衰变在矢量流守恒定律”。
在β衰变研究在的其他贡献：证实了β谱形状的源效应，β衰变的各种跃迁的研究完善了β衰变的理论，对双β衰变的研究。
关于量子力学的基本哲学方面的实验。
μ子、介子和反质子物理方面的实验研究。
穆斯堡尔效应的测量及其应用方面的工作。
其他实验工作，如核辐射测器的开发，放射性同位素的分析，慢中子速度谱仪研究，在气体中形成电子偶素时电场影响的研究，正电子谱及正电子湮没的研究，高能级发出的内转换谱线的观察等等。
1958年，当选中华民国中央研究院院士；当选为第一位华裔美国国家科学院院士。
1975年，当选为第一位美国物理学会女会长。
1975年，获美国国家科学勋章。
1978年，获沃尔夫基金会首次颁发的沃尔夫奖。
1986年，美国自由女神像建立一百周年庆典时，获艾丽斯岛荣誉奖。
1986年，杨振宁、李政道、丁肇中和李远哲四位诺贝尔奖得主发起在台北创立吴健雄学术基金会。
1990年，国际编号为2752号的小行星被命名为“吴健雄星”。
1991年，获代表理工界最高荣誉的普平纪念奖章。
1994年，当选为中国科学院外籍院士。
中国大陆设立“吴健雄物理奖”、“吴健雄袁家骝自然科学基金会”。南京大学、东南大学、明德中学先后设立“吴健雄奖学金”。1992年南京大学物理系建立“吴健雄图书馆”，东南大学建立“吴健雄实验室”。1997年吴健雄逝世后，1998年“吴健雄墓园”在明德中学校内建成。明德学校建立“吴健雄科技楼”、“明德楼纪念馆”。2002年，东南大学建立“吴健雄纪念馆”。
曾获美国普林斯顿大学、耶鲁大学、哈佛大学，中国大陆南京大学、北京大学，中国科技大学，台湾中央大学等16所大学荣誉博士学位。
一生获得众多奖项，奖誉等身。被称为“世界物理女王”、“物理学第一夫人”，在制造原子弹的“曼哈顿计划”中解决了链式反应无法延续的重大难题，对美国原子弹爆炸成功作出了非常关键的贡献，而被称为“原子弹之母”，被誉为“原子核物理的女王”，被美国物理学会宣布为“最伟大的实验物理学家”
吴健雄1912年出生在江苏省太仓县，1940年获伯克利加州大学博士学位。1956年，她通过实验验证了电子的弱相互作用和其镜象并不总是相互对称的论点。这项实验震惊了世界物理界。现在，吴健雄博士是哥伦比亚大学物理系荣誉教授，由于在学术研究方面作出杰出贡献，她已经荣获世界16所大学授予的荣誉博士学位。
为了表彰吴健雄教授在物理学领域的杰出贡献，1991年11月19日，美国哥伦比亚大学授予她代表理工界很高荣誉的普平奖章。中国驻美国总领事馆总领事隆重设宴，庆贺当代伟大的华裔女物理学家吴健雄荣获普平奖章。酒会上，爆出一件保守了50多年的内幕消息：吴健雄在美国留学时博士论文的研究成果，使美国首先试制成功了第一颗原子弹。
第二次世界大战期间，美国科学家发现，原子核分裂时会产生强大的能量，如果加以利用就能制造出一种比普通炸弹
1939年，美国两位物理学家经过研究认为，“铀核子可能分裂成两半，同时放出大量的能量”。这一信息很快传到加州大学伯克利分校，引出了许多需要解答的问题。那时，吴健雄正好在该校与塞格瑞教授合作做实验和研究工作。塞格瑞教授建议审查在铀核子分裂时，是否会有“稀有气体”产生。但这时，
在这期间，担任“曼哈顿计划”指挥官的费米教授在华盛顿省汉佛城建立了原子炉。原子炉的连续反应在开始几个小时后，莫明其妙地停止了。费米教授猜想，可能是在原子分裂时，产生出一种物质把大多数的中子吸收了，因此，停止了连锁反应。塞格瑞教授对费米说
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