中國物理學傢和教育傢。生於廣東番禺，卒於臺北。1929年畢業於天津南開大學。1931～1933年在美國密歇根大學獲得碩士和博士學位。1934年秋起擔任北京大學物理系教授。1938年夏起任西南聯合大學物理系教授。1946年春吳大猷應國民政府的派遣，攜同助手朱光亞和李政道兩人，赴美國考察原子彈和原子科學的狀況。此後留在美國。1947年任密歇根大學客座教授，1948～1949年期間，他先在哥倫比亞大學任教，後又在紐約大學兼課。1949年秋接受加拿大國傢研究院的邀邀請，任該院理論物理組主任達14年之久。1963年從加拿大遷往美國，先後任紐約佈魯克林理工學院研究教授，紐約州立大學佈法羅分校教授、物理系主任。1956年以後，經常回臺灣講學，曾任中國臺灣“中央研究院”物理研究所代所長。1967年起在臺灣擔負策劃及推動科學發展的重任。1979年，從美回臺北定居。1984年初擔任中國臺灣“中央研究院”院長，直到1994年在臺灣退休為止。
吳大猷在北京大學和西南聯大期間，主要講授理論物理和近代物理，倡導在大學中開展研究工作，推動瞭北大光譜學研究。在西南聯大艱苦條件下，認真指導青年教師和研究生，培養瞭一批物理學人才。在加拿大國傢研究院，推行自由學術研究氣氛，吸引瞭世界上許多國傢的物理研究人員到那裡學習或作研究。在該院做過研究並且成名或以後成名的一大批物理學傢，都對吳大猷留下深刻印象。吳大猷受任紐約州立大學物理學和天文學系主任後，銳意革新，加強教師陣容和理論物理研究工作，在三年時間內就顯著提高瞭這個系的教學和科研水平。
吳大猷一生發表瞭120餘篇論文，涉及原子和分子理論、相對論、經典力學、統計物理學、散射理論、原子核物理學、等離子體物理和天文學諸多領域。尤其是通過計算鈾原子5f電子能態，使他在理論上預言瞭鈾後14個元素的存在以及它們各自的5f殼層的電子狀況。他的關於原子光譜“多重激發態”的概念，被人稱之為“吳態”。他較早計算瞭氦原子雙激發能態、計算原子或離子中一個、二個或三個電子受激後的能態，提出“受激電子親和性”概念來描述氦原子受激後兩個電子的能級差，討論瞭由分子或電子激發的分子振動、分子振動與轉動的互相作用、分子簡正振動等問題。1939年吳大猷綜合其研究成果，撰寫瞭《多原子分子的振動光譜及其結構》一書，以紀念北京大學建校40周年。這是當時國際上有關課題的第一本、也是唯一的一本專著。在這些工作基礎上，1946年以後，吳大猷通過原子和分子的電子碰撞激發和雙重激發研究瞭核散射理論，研究瞭氧、氮分子如何離解成二個原子的應用性問題，並與日本學者大村充合作撰寫瞭《量子散射理論》一書。在加拿大國傢研究院期間，吳大猷著重研究瞭氣體分子運動論和統計物理，並且撰寫瞭《氣體和等離子體的動力學方程》一書。1975年吳大猷將他歷年教學講稿整理成《理論物理》（共7冊）在臺北出版，該書對中國和東南亞的物理學界起瞭很大影響。
吳大猷於1939年獲“中央研究院”丁文江獎，1943年獲教育部科學著作一等獎，1948年當選中央研究院院士，1957年當選加拿大皇傢學會會員，1967年在臺北獲特殊貢獻獎。他一生剛直不阿，坦誠待人。在他主持臺北“國科會”期間，不同意臺灣政界欲造原子彈的計劃。他改革臺灣的科學教育，狠抓基礎理論，為臺灣的科學事業和高科技產業奠定瞭發展基礎。他一生想念著北京。多次言及他自己“心身是在那個地方成長的”。1992年回北京與周培源等舊友相聚，受到北京大學等院校熱情接待。