1976年于台湾东海大学生物系获理学学士学位;1982年在加拿大British Columbia 大学获居群遗传学博士学位，之后先后在美国Wisconsin大学、美国Rochester大学从事遗传学的教学和科研工作；自1998年以来任芝加哥大学生态学与进化系主任，分子遗传学教授。2005年受聘为教育部长江学者讲座教授；2008年被聘为北京基因组学研究所所长；首批中组部“千人计划”学者;“微进化”国家基金委重大研究计划首席科学家；台湾“中央研究院”院士。

吴仲义教授长期从事遗传学／进化生物学和基因组学研究。特别是在“物种形成”和“自然选择”这两个领域中开展了一系列具有重大创新意义的研究工作，提出了新的进化生物学思想，极大丰富了达尔文理论。同时他在自私遗传因子、分子钟、Ｘ染色体退化、进化基因组学领域的研究亦取得了多项独创性的研究成果。他的许多论文发表在Nature, Science, Cell, Nature Genetics, Nature Review Genetics, PNAS等国际顶尖刊物上。

吴仲义教授被认为是当今进化生物学领域国际范围内最有影响的科学家之一。