吴氏兄妹早年丧父，他们的父亲生前一直与刘焉交情深厚，所以全家跟随刘焉来到蜀地。后来，刘焉心怀不臣之心，听相面者相吴氏的面相后说她将是大贵之人。当时跟随刘焉身边的儿子只有刘瑁，于是他为儿子刘瑁娶了吴氏。刘瑁死后，吴氏在刘家守寡。
建安十九年(214年)，刘备平定益州，当时刘备夫人孙氏(孙夫人)已返归东吴，群僚劝刘备聘娶吴氏。刘备考虑到自己与刘瑁同族而有所犹豫，法正进言劝说：“论远近亲疏，这种关系哪有晋文公与子圉之近呢?”于是刘备纳吴氏为夫人。
建安二十四年(219年)七月，刘备自称汉中王，立吴氏为汉中王后。黄初二年(221年)四月初六日，刘备登基称帝，建立蜀汉政权，改年号为章武。五月十二日，刘备立吴氏为皇后，并下册文说：“朕承顺天命，登位至尊，君临天下。现在册立汉中王王后为皇后，特派使持节、丞相诸葛亮授皇后玉玺印绶，承命宗庙，母仪天下，皇后应恭敬谨肃!”
章武三年(223年)四月二十四日，刘备在永安宫去世，时年六十三岁。五月，刘备太子刘禅在成都即位，改年号为建兴，尊奉嫡母皇后吴氏为皇太后 ，吴氏所居宫室称为长乐宫。
建兴十二年(234年)正月，刘琰的妻子胡氏进宫向去向吴太后祝贺新春，吴太后特命留下胡氏，过了整整一个月胡氏才出宫回家。胡氏长得很美丽，刘琰认为她和刘禅私通，痛殴胡氏后休弃出门。胡氏向执法部门控告刘琰，此后刘琰被判处有罪死刑弃尸街头。自此大臣妻子母亲入朝庆贺的仪式就不再实行了。
延熙八年(245年)八月，皇太后吴氏去世，谥号穆皇后，葬入刘备的惠陵。