Wu nació en la ciudad de Liuhe en Taicang, provincia de Jiangsu (China) el 31 de mayo de 1912,[3] y fue la segunda de tres hijos
Recibió su educación primaria en Ming De School, una escuela para niñas fundada por su padre y dejó su ciudad natal en 1923 con 11 años para ir a la Escuela Normal Femenina n.º 2 de Suzhou. Era un internado con clases para formación de profesorado, así como para estudiantes de secundaria.
En 1929, Wu se graduó de las primeras de su clase y fue admitida en la Universidad Nacional Central en Nankín.
De 1930 a 1934, Wu estudió en la Universidad Central Nacional (más tarde renombrada Universidad de Nankín y reinstalada en Taiwán), primero en matemáticas y luego en física,[7] y se involucró en la política estudiantil.
Durante dos años después de su graduación, realizó estudios de postgrado en física y trabajó como asistente en la Universidad de Zhejiang. Se hizo investigadora en el Instituto de Física de la Academia Sínica. Su supervisor era el profesor Gu Jing-Wei, que había obtenido su doctorado en el extranjero en la Universidad de Míchigan (UM), y animó a Wu a hacer lo mismo. Wu fue aceptada por la UM. Se embarcó para los Estados Unidos con una amiga, una química de Taicang, en agosto de 1936. Wu terminó su doctorado en junio de 1940,
Wu prosiguió sus estudios en la Universidad de California Berkeley y, en 1943, se convirtió en una de las primeras investigadoras de física de Princeton.
En 1944, se unió al equipo de investigadores de la Universidad de Columbia y, posteriormente, trabajó en el Proyecto Manhattan.