湖南佘家坪乡前山桥村人。字兴皆，号馨阶，亦作星阶，生年不详，桃源吴氏始祖吴文志自明末清初由江西辗转迁来桃源，传至吴先梅已是17代了。吴先梅祖父吴官成，父亲吴岳伯，母亲万氏。吴先梅兄弟两人，其兄吴佐庭。督祖吴钟铎生子吴景鸿，即吴先梅堂叔。他是当时颇具影响的革命活动家，吴先梅受其教育和影响，自小“沈鸷刚毅，倜傥有大志”，逐渐萌发了反清革命之志。他嘉读各种进步书刊，在学习之余勤练武功，以备他日役身革命斗争。
1912年，在堂督吴景鸿资助下，吴先梅随覃振自费留学日本。他勤奋好学，学业大有长进。1913年“二次革命”失败后，革命党人纷纷流亡海外。1914年，孙中山为重整旗鼓，派居正、陈其美、廖仲恺等人在大森新井宿开办浩然军事学社，以培植青年党员。吴先梅加入该社，接受军事训练。数月后，孙中山组织中华革命党，委派各省支部长，覃振出任湖南支部长，吴先梅加入了中华革命党。其时，袁世凯凭藉武力，亟图复辟帝帛，一面授意杨度等人在北京组建筹安会制造舆论，一面密派爪牙蒋士前往日本东京设立筹安分会。蒋士立到东京后四处侦探流亡革命党人行踪，并不惜重金收买意志动摇者，以瓦解革命阵营。其利诱手段主要有三种：一、回国做官；二、资助入日本学校读书；三、不愿回国又不愿求学者，每月发给32银元的补助。但必须签名并书面反省以前的反袁是“大逆不道”，更要随时汇报革命党人的行踪，也不得自由行动。一些意志薄弱者为其所惑纷纷变节。蒋士立将侦探到的情报随时通知袁世凯，以便在国内伺机捕杀革命党人。为此，覃振和中华革命党湘军总司令参谋长林修梅组织湘西籍革命党人50余人秘密聚集，覃振提出“以其人之道还汉其人之身”的主张，即用暗杀手段剪除蒋士立。吴梅梅自告奋勇，愿膺此重任。他经常和孙中山的日籍义务卫士和田练习射击，练就了一手好枪法。众人莫不赞同，遂与覃振谋划行刺方案。
蒋士立的亲信周鳌山死命效力收罗了不少动摇分子，是蒋的得力干将。他与覃振亦有旧交，且长像和吴先梅相似。覃振即模仿周鳌山字体伪造一封介绍信，吴先梅则装扮成周鳌山弟弟给蒋士立送信。布置妥当后，在重阳节的那个风雨之夜，吴先梅怀藏手枪迳奔蒋士立住宅，投刺请见。蒋以为又有人入彀，不胜欢喜，立即下楼接见。其秘书走在前面，先与吴先梅握手，并倦称他就是蒋士立。殊不知吴先梅早已见过蒋士立照片，他即时举枪射击，连发3枪，蒋士立中弹仆地。蒋雇佣的2名日籍警察闻声赶来，吴先梅向空中鸣枪，大声喝道：“我是中国革命党人，前来刺杀袁世凯密探。中国人打中国人，你们用不着拼命。”日本警察闻其言，纷纷避让，任其逃至百数十步外才鸣笛报警。其时，东京外交街上警哨林立，黑夜中电光四射。吴先梅慌不择路，误入乃木希典大将宅后死胡同。吴先梅急中生智，将外披雨前盖于围墙铁蒺藜、碎玻璃上，攀援而入。年迈的乃木希典夫妇及佣人早已就寝。吴先梅潜入储藏室，更换和服，穿上木屐，俨然一日本富家公子，乃大摇大摆开门而出。门外警察见他莫不举手敬礼。吴先梅则喝令他们赶快进去捉贼，趁他们一拥而入之际，吴先梅从容逃脱。次日，东京各报出版号外报道其事，吴先梅得知蒋士立并未刺死，心神不安，向覃振汇报了刺蒋情况。覃振立即奔赴青山请示孙中山。孙即派刘白到覃振寓所传呼吴先梅，同时通过电话与挚友头山满商量安置吴先梅办法。吴先梅遂持孙中山介绍函投奔头山满，由其藏于密室。
中国驻日公使陆宗舆奉袁世凯命悬赏5万元缉拿凶犯，日本当局亦以外交街失事有损基佃际声誉，日本警视厅乃动用全部警力普查“亡命客”住所，发现独有吴先梅不知去向，并将在吴寓搜得的照片给蒋士立秘书辩认，证实了吴先梅就是刺客。于是警方将吴先梅照片刊载各报，遍悬车站、海关等交通要道，严密缉捕。并传讯了平日与吴衔梅交往甚密的20余名革命党人如林修梅、林伯渠、于若愚、覃振等。
案发后数日内，日本警局曾多次派人至青山孙中山寓所调查吴先梅行踪？孙中山义正词严地责问他们：“我问你们，吴先梅到哪里去了？他是因为革命失败流亡到日本的，按照国际法日本政府应该保护。现在你们警局放弃责任，不能保护他，弄得不知去向，你们不反省，反来问我，真是大笑话。请速回报告你们长官，从速查到吴的下落回复我。”警察总监果然亲自至孙中山寓所交涉，孙笑道：“余与君义务相反，君努力捕之，余努力护之，无相谋也。”警察总监遂派人在孙中山住宅搜查多时，一无所获，悻悻而去。
吴先梅在头山满家躲藏月余，芷江籍革命党人刘汉三受居正派遣，设法与中华革命党横滨海员支部同志联系妥当，准备让吴先梅乘英国邮轮潜返祖国。刘汉三首先将吴先梅改扮成了上海护军副使卢永祥公子，乘坐豪华汽车直驶东京帝国大旅馆，装成整日闭门读书的豪富公子。接着又布下了第二道迷魂阵。某日黄昏，两人外出散步，行至预定地点，易华服为工装，扮成送酱油的伙计骑自行车到达横滨，并把酱油直接送进了横滨大桥酒楼厨房。在那里等候的党员立即通知英国邮轮上的海员下来喝酒。海员伺机将制服交给吴先梅。于是他又由酱油工人变为水手，登上英国邮轮，安全抵达上海。
吴先梅枪击蒋士立，对袁派势力打击很大。蒋虽未丧命，也惊魂未定，躺在病床上写悔过书，哀求革命党人饶其性命。留日学界受此刺激，革命情绪迅速高涨。由此可见，吴先梅刺蒋在反袁斗争中具有非凡意义。
吴先梅抵沪后，陈英士对其慰劳有加。不久，覃振亦回国组织反袁斗争，吴先梅受其派遣，与周平卿、王员沉、杨缨甫等制造炸弹，并“开展绝密之作”。吴先梅艺高胆大。某日，他西装革履进入上海日租界，日本卫兵向他敬礼。他走到租界内日军官邸，朝日军官开枪射击，虽未击中， 却使日租界一时大乱。而他居然又大摇大摆从大门从容逃脱。1914年4月，居正在山东潍坊县起义，电召吴先梅前往襄助。吴先梅遂北上，充骑兵团长，继任山东游击司令。1916年袁世凯毙命，讨袁斗争遂告结束。吴先梅乃入北京谋求发展。讵料袁氏虽死，段祺瑞当政，拒开国会，各地军阀专横跋扈，政治黑暗如故。吴先梅甚为气愤，乃追随孙中山继续从事护法运动。
1918年，孙中山指派吴先梅为湖南岳常澧护法司令，他与萧汝霖运动辰州田应诏、张学济举兵响应，率兵顺沅江而下，却被驻扎于常德的湖南第二师阻拦，不得通过。吴先梅毅然前往劝谕其师长陈复初。吴先梅抵达常德后，下榻于常德西门吴红盛家。吴红盛乃吴先梅族人，在家乡置有田产400余亩，在常德开设“吴红盛米行”。他从吴先梅包裹里发现了孙中山的委任状及手令，甚为惶恐，生怕吴先梅连累自己，遂向官府告密。陈复初正欲讨段祺瑞欢心以谋升迁，于是一面报请湖南都督张敬尧，一面派后前往旅馆围捕吴先梅。吴施展轻功，从屋顶纵身逃脱。但回头见助手刘尧章（名金龙，字雅斋，号一斧）并未出来，于是又返回去救助，以致两人同时陷落敌手。被捕后，吴先梅在监狱里遭受非人折磨。3天后，陈复初将其枪杀于常德刑场，颈部、小腹部各中一弹。刘尧章亦同时遇难。益阳籍辛亥革命老人夏寿华闻悉吴先梅遇难，甚为悲愤，作诗悼之。诗曰：
“东海曾屠狗，南湘忽遇狼。
河山犹草草，天地此苍苍。
妖孽蛇头两，凶残蝎尾长。
朗江呜咽水，一样听衡阳。
未一谋君面，而重痛我心。
舍生原素志，遗恨在佥壬。
白死名仍立，苍生祸已深。
茫茫天下事，谁复与肩任。”
事后，吴氏族人秘密将烈士遗体运回故里，归葬于今佘家坪乡前山桥村江子山组坟山嘴祖茔，西北朝向。吴先梅一心奔波革命，无暇顾及个人婚事，牺牲时竟无妻室子女，于是以其胞兄吴佐庭之子吴建山（泽永）过继为嗣。后经覃振等人多次呼请，国民政府追认吴先梅为革命烈士，并在常德举行隆重的追悼大会，向其亲属拨发抚恤金。1936年，国民政府又拨款500银元为其修墓树碑，碑上刻有民国大老于右任手书“吴先梅烈士之墓”7个大字及碑文。