同治二年擢侍讲学士，十年出任湖南布政使，湖北巡抚。十三年调安徽，再调江苏。光绪中，先后任江苏巡抚，三署两江总督、漕运总督。疏浚江苏高宝河、盐运河，勘察山东河工、海防，开挖黄河故道，兴修水利。光绪十二年卒于安徽巡抚任上。清代咸丰年间，祖籍固始的巡抚吴元炳曾以乡土特产进奉朝廷，颇受帝王后妃青睐。自此，“固始皮丝”被列为贡品。1914年被选为中国名特产品参加巴拿马万国博览会而名扬世界。
曾在1874年任江苏巡抚时，上书《江苏巡抚吴元炳奏》言：“御外之道，莫切于海防；海防之要，莫重于水师。”