1935年6月25日，吳天一出生于新疆維吾爾自治區伊犁地區的一個塔吉克族知識分子家庭，原籍新疆維吾爾自治區塔什庫爾干。

1951年，考入中國醫科大學。

1956年，畢業于中國醫科大學，畢業后吳天一與妻子隨中國人民志愿軍到朝鮮平壤醫院工作了兩年。

1958年，吳天一夫婦倆響應黨中央支援大西北的號召來到青海，扎根高原。

1991年，青海省高原醫學研究所建成了全國最大的高低壓氧艙，吳天一成為第一個模擬試驗者。

2001年，當選為中國工程院院士，他成為青海省地方科研院所里走出來的第一位中國工程院院士，同時也是塔吉克族的第一位院士。

2017年11月9日，獲得第六屆全國道德模范提名獎 ^[2]  。

吳天一在人類高原適應學科領域，開拓了"藏族適應生理學"研究，通過對不同海拔和不同群體的大量對比，提出了機體對高原低氧適應依靠器官水平功能適應和細胞水平組織適應兩種途徑的論點。并從整體、器官、細胞和分子幾個水平上，證明藏族對高原的適應與其它群體（如移居漢族及南美印第安人）有著差別，藏族具有最完善的氧傳送系統和最有效的氧利用系統，這是長期"自然選擇"遺傳適應的結果，為人類低氧適應建立起一個理想的生物學模式，引起國際高度關注。在國內首次組織國際阿尼瑪卿山學術登山隊，獲取大量高山生理學資料，獲得國際貢獻獎。對發生在青藏高原的各型急、慢性高原病從流行病學、病理生理學和臨床醫學作了較系統的研究。在國際上首先證實青藏高原存在Monge病。所提出的慢性高山病量化診斷標準被接納為ISMM國際標準。提出了符合中國高原實情的高原病防治措施，取得良好實效。 ^[3] 

1980年，為了全面掌握各種急慢性高原病，吳天一帶隊深入高海拔牧區調查牧民體質特征。從此，吳天一12年的科研工作都是在風雪嚴寒的高海拔缺氧環境中進行的。

牧民們散居，戶與戶之間離得很遠，從這家帳篷到那家帳篷，調查隊員常常要騎馬走上好幾十里地，在忍受高寒缺氧的同時，也要消耗大量體力。青藏高原夜晚的氣溫能達到零下30多攝氏度。吳天一和隊員們住在單薄的帳房里，數日不能洗臉，煮熟的羊肉凍成冰坨子，用刀割下就著冰碴吃，渴了，就到牧民家討碗茶喝。

為研究青藏高原藏族人群“高原低氧適應生理特征”這一主攻課題，精通英語、俄語、塔吉克語、漢語的吳天一，還學會了藏語。20多年的科研工作，吳天一走遍了青海、西藏、甘肅、四川4省區的大部分高海拔地區，診治過上萬名牧民群眾，整理了大量的臨床資料。藏族牧民親切地稱他為“馬背上的好曼巴(好醫生)”。

2001年，青藏鐵路開建，高寒缺氧對鐵路建設者的身體健康是一個嚴峻的考驗，這是建設高原鐵路的一大世界性難題，對高原醫學提出了新的挑戰。

吳天一多年的研究成果被立即運用于拯治青藏鐵路建設者中的高原疾病上，他和同事們共同研制的抗缺氧藥物、保健品發揮了作用，他主導開設的高原病科也為西進的建設者們提供了完善的搶救治療環境，他撰寫的《高原保健手冊》和《高原疾病預防常識》被送到最前沿的施工者手中。他參與指導下，青藏鐵路建設工程沿線建立了三級醫療機構，五年建設期間未發生一例因高原病死亡，創造了高原醫學史上的奇跡。

親臨工地指導科學施工，他的汗水也滲進入一個個工程奇跡。原青藏鐵路中鐵二十局工地醫院院長丁守全說，風火山隧道海拔4905米，沒有吳天一，我們就不可能創新式地采取科學舉措，解決施工人員缺氧難題，打通這一世界第一高隧就不可能如此順利。

今天，坐在青藏鐵路的列車上，一本吳天一主編的《青藏之旅健康行》又讓廣大旅游者在進入高原之前對自己身體有了科學了解和充分自信。 ^[4] 

吳天一主編和參與編著高原醫學專著5冊。主要論文發表于High Alt.Med.& Biol.J.Appl,Physiol等雜志。榮獲國家科技進步獎特等獎。

中國科學技術協會第五屆全國委員。

吳天一對青藏鐵路建設中“高原病零死亡”紀錄做出了杰出的貢獻。