1923年12月12日，吳全德出生於浙江省黃巖縣（今臺州市黃巖區）。吳全德的父親吳甘霖，在黃巖縣城郊開設小酒店，母親從事家務勞動。父母教育他要誠實待人，認真讀書，做個好人。
吳全德小時候跟鄰裏老人學認字，1931年入黃巖縣樊川小學，1933年轉入位於臨海縣海門區（今臺州市椒江區）的浙江省立臺州中學附屬小學。他在小學成績壹直優秀。
1933年，小學畢業，順利升入浙江省立臺州中學初中部。
1938年，進入浙江省立臺州中學高中部，因遇上日本兵艦炮擊海門，於1939年轉入黃巖縣中學（今黃巖中學），1943年春畢業。他中學學習成績優異，可以保送上大學，但年輕的吳全德，壹心想學好本領，抗日救國，結果填報和考取了遠在南國雲南昆明的西南聯合大學。
1943年9月，經過兩個多月的跋山涉水，吳全德趕到了昆明，走進了西南聯大的校門。
1945年，在轟轟烈烈的“壹二壹運動”中，吳全德積極參加，曾以“黃巖中學校友會”和“黃巖同鄉會”等名義，集體參加學生運動的活動。
1946年9月，隨清華大學回到北平（今北京）繼續學習間回到北京，先都住在北大第四院（舊國會眾議院，現新華社址）；10月初的壹個星期日，乘著幾輛大卡車回到清華園，在清華園的牌坊前舉行了抗戰勝利後的返校儀式。
1947年，吳全德以優異成績畢業於清華大學電機系，留校任物理系助教，協助孟昭英教授籌建電子學實驗室。
1952年，院系調整，吳全德調到北京大學物理系，在電子學組任講師。
在抗美援朝戰爭中，中國人民誌願軍繳獲了敵軍的壹種秘密武器，卻不知其用途，中央軍委將它送到北大。北大指派吳全德進行研究，才知它是紅外線夜視鏡，在夜間能瞄準人體。吳全德不但破解了這種秘密武器，而且自己制造出同樣的武器，為中國人民解放軍武器建設作出了重要的貢獻。
1953年，任電子學教研室代主任；同年4月，加入九三學社。
1955年，任電子物理教研室主任，從那時起他開始進行電子光學方面的研究。1958年，該室研究紅外變像管。
1959年，北京大學建立無線電電子學系，電子物理專業被劃歸到該系，吳全德也轉到該系繼續任原職。
1961年，被提升為副教授。他在講授陰極電子學課程的同時，進行光電陰極的研究工作。
1963年，首先提出了光電陰極的固溶膠理論。
1966年，提出離子晶體或***價晶體中固溶膠粒的形成和生長理論。
1978年，晉升為教授。
1979年，吳全德提出銀氧銫陰極含銀超微粒子的能帶模型，推導出光電流密度和量子產額公式。此公式後來被中國之外的其他國家的學者稱為“吳氏輸運函數”，他所提出的光電陰極的固溶膠模型和光電子發射的理論被稱為“吳氏理論”。
1983年7月1日，吳全德加入了中國***產黨。
1984年，吳全德領導的電子物理專業被批準為首批博士點，他成為首批博士生導師。
1991年，吳全德當選為中國科學院學部委員（後改為院士），獲國務院頒發的政府特殊津貼。
1997年9月，在吳全德等人的建議下，北京大學成立“納米科學與技術研究中心”，他被任命為主任；該中心在單壁碳納米管、超高密度信息存儲、針尖化學等方面取得了創新成果。
1998年，承擔國家自然科學基金重大項目納米電子學基礎研究，任首席科學家。
2002年，北京大學信息科學技術學院成立，吳全德任學院學位委員會副主任；同年，與中國宇航科學及火箭權威、中國科學院院士梁思禮教授壹同應邀蒞臨董教總教育中心暨新紀元學院參加“721華教盛會”，並公開主講“納米科學的發展與人類未來”學術講座；同年9月，與梁思禮院士同時應允出任新紀元學院學術顧問。
2004年12月，吳全德為慶祝馬來西亞華校董事聯合會總會創會五十周年慶，再度應邀抵馬，公開演講“論科學美”，以其主持的實驗室拍攝到的納米粒子結構的珍貴照片，深入淺出的談納米科技及其微觀世界，探討科學與藝術相結合的美感經驗，將科學從形下之器提升到形上之道與美的境界。
2005年3月，吳全德院士被查出腦部患有血管瘤，本應及時治療，他卻忙於科研，要等告壹段落才能脫身治病；直至2005年12月發現血管瘤增大，住入北京醫院，延名醫會診，多數主張動手術，少數主張保守療法，於12月20日由北京醫院名醫動了手術，由於該腦瘤不能摘除，只得在血管上搭壹支架。手術成功，手術後已恢復正常，不意25日血管瘤破裂。
2005年12月29日22時44分，吳全德院士經多方搶救無效，不幸逝世，享年82歲，在其病重住院期間，吳全德還帶去了電腦和書稿，並完成了書名為《藝術與美》的寫作提綱。