吴渊幼端重寡言，苦志力学。宋宁宗嘉定七年（1214年）进士，出任建德县主簿。改差浙东制置使司干办公事。丞相史弥远馆留他，交谈一天，大喜，想要任用他为开化尉，吴渊说：「何敢躁进？」至官，辟县令。历知武陵县，改扬子县兼淮东转运司干办公事，通判真州。入为将作监丞，迁枢密院编修官兼刑部郎官。父亡，服丧。丧满后，由县令历知府。宋理宗绍定三年（1230年）除秘书丞，直焕章阁、知平江府，次年提点浙西刑狱。镇压衢州、严州人民反抗，以功为枢密院检详诸房文字，兼左司；进国史院编修、实录院检讨、右文殿修撰、枢密副都承旨兼右司兼检正。朝议想要乘金朝灭亡收复河南，吴渊以国力衰落，力陈不可用兵。因忤旨丞相郑清之，贬为江州（今江西九江）知府。改江、淮、荆、浙、福建、广东都大提点坑冶，抄没人民家财百万计，被劾罢官。升权工部侍郎，太府少卿，加集英殿修撰。以宝章阁直学士知镇江府兼淮东总领、知太平州兼江东转运使，两淮流民涌入太平州境内者达40馀万人，吴渊将流民、村落贩盐私贩组织编队予以赈济，命令与本地人不得相犯。官至户部侍郎。转任华文阁学士、知隆兴府、江西安抚使兼转运副使、知江州，进龙图阁学士，改知镇江府。淮东总领任内将，总领湖北、京西等数地财赋、军马、钱粮。团结贩盐武装队伍，抗击元军。以功进端明殿学士、沿江制置使、江东安抚使兼知建康府，拜资政殿大学士，封金陵公。徙知福州、福建安抚使。宝佑五年（1257年）以援川蜀有功拜观文殿学士、正奉大夫、兵部尚书、参知政事。卒谥庄敏。好兴学养士，为政严酷，常籍没豪强，时人有 「蜈蚣」之称。撰有 《周易解》，今佚。另有《退庵文集》。《退庵词》一卷，存词6首。以《全宋词》为底本。能诗善词，词风豪迈中见沉郁。晚年游历采石之战故址时写下的《念奴娇·我来牛渚》。