辅佐后周

吴廷祚出身于官宦之家，少年时期勤奋学习，博览群书。他后来追随郭威，担任郭威的亲校。

广顺元年（951年）正月，郭威称帝，定都汴京，改元“广顺”，国号大周，史称后周。吴廷祚被任命为副庄宅使，接着又升任军器库使，后来出朝担任怀州知州（治所在今河南省沁阳县）。卸任之后，回京担任皇城使。

广顺三年（953）十二月，郭威诛杀了拥兵自重的天雄军节度使王殷，命驻守郓州（今山东省东平县）的天平军节度使符彦卿移镇大名，以吴廷祚为郓州知州，接替符彦卿镇守郓州。

显德元年（954年），后周太祖郭威驾崩，晋王柴荣按遗命在柩前即皇帝位，是为后周世宗。吴廷祚升任右羽林将军，担任内客省使。不久，又升任宣徽北院使。

柴荣即位不久，北汉勾结契丹南犯。吴廷祚随柴荣御驾亲征，北上迎敌，在军中担任北面都巡检使。同年，后周军在高平之战中重创北汉、契丹联军，胜利回师，途中吴廷祚曾被任命判澶州事。回朝之后，加封为右监门卫大将军。不久，升任宣徽南院使、判河南府、知西京（今河南省洛阳市）留守事。

显德二年（959年），汴水决口，朝廷命吴廷祚督率数万丁壮民夫堵塞决口，接着又增筑堤防，从京城一直修到临淮，只用了数旬的时间就完工了。

显德六年（959年）四月，柴荣再次率军亲征北汉，任命吴廷祚权东京留守，负责京城开封的留守事务。当年夏天，郑州原武县境内的黄河决口了，柴荣命吴廷祚征发附近各县丁壮民夫两万多人，堵塞决口。

显德六年（959年）六月，身患重病的柴荣率军回到京城，着手准备身后以事，任命一批亲信大臣，以便辅佐新君柴宗训，晋封吴廷祚为左骁卫上将军、检校太傅、枢密使，执掌枢密院。

显德六年（959年）六月十九日，柴荣驾崩，其子柴宗训柩前即位，时年七岁，是为北周恭帝。北周恭帝即位之后，吴廷祚进封为检校太尉。

效忠北宋

显德七年（960年）正月初二，后周大将赵匡胤发动陈桥兵变，随后回师京城开封，建立北宋，改元“建隆”，即为宋太祖。后周众臣降宋，均加封官职，吴廷祚加封为同中书门下三品（当时正式官职名称为中书门下平章事，因吴廷祚的父亲名字叫吴璋，为避讳而用了该官职的旧称同中书门下三品），仍然担任枢密使。

建隆元年（960年）四月，驻守潞州（治所在上党县，今山西省长治市）的昭义军节度使李筠举兵反叛。吴廷祚向赵匡胤献计平叛，他说：“潞州一带山势险要，而且与京城之间还阻隔着太行山，如果叛军占据了太行山，那么我们就很难击破他们了。李筠为人素来自负勇猛轻视他人，如果我们快速出兵出攻打他，他一定会离开上党县，主动来寻求与我们作战，这样一来，他就像野兽失去山林的遮蔽，鱼儿失去了水，可以将他生擒。”五月，赵匡胤率军亲征，命吴廷祚以枢密使的身份留守东京兼判开封府。李筠果然领兵前来作战，双方在泽州之南大战，李筠败走，后来自焚而死。

建隆元年（960年）九月，淮南节度使李重进占据扬州举兵反叛。十月，赵匡胤再次亲征平叛，行前再次委任吴廷祚为东京留守。

建隆二年（961年）夏天，赵匡胤对吴廷祚说：“爱卿执掌枢密院的事务，已经一年多了，很辛苦，打算让你出朝去驻守秦州，以便让你轻逸一些。明天诏命发出，怕爱卿因为要离开我而担忧，所以事先告诉爱卿。”随即任命吴廷祚为秦州知州，雄武军节度使、奉成阶等州观察处置押藩落使，出守秦州。秦州的夕阳镇西北一带是森林，有许多木材，是古代的伏羌县。高防担任秦州知州的时候，建议设置采造务，调遣军卒轮番去砍伐木材供给京城，当地部落的酋长尚波于率人来争夺木材，杀伤了很多役卒，高防抓捕击杀他们的党羽，并把事情上报朝廷。赵匡胤令吴廷祚取代高防，并下诏赦免尚波于等人，当地少数民族都心悦诚服。当年秋天，把伏羌之地献给朝廷。

乾德二年（964年），吴廷祚改任京兆尹、永兴军（治所在今陕西省西安市一带）节度使、管内观察处置等使，驻守京兆。

开宝三年（970年），吴廷祚进京城祝贺长春节（宋太祖赵匡胤的寿诞之日，阴历二月十六），不久，身患重病，留京调治。赵匡胤亲自去看望他，并派中使王继恩专门负责监督视察治疗事宜。

开宝四年（971年）四月二十五日，吴廷祚病死，享年五十四岁，朝廷下诏追赠侍中，并由官府出钱办丧事。