吴自良出生于一个书香门第的知识分子家庭。父亲是前清秀才，后做过律师。吴自良排行第七，是家中最小的一员。取名“自良”，寓意通过自强不息成为贤良方正之人。

　　受书香门第家风的影响，吴自良自幼在家读私塾，年幼的他聪颖好学，对于文章诗书不限于朗读背诵，而有自己的偏好和思考。一日上课随先生诵读，几个字映入眼帘：

　　“天行健，君子以自强不息……” 

　　他一下子喜欢上了这句话，心里默默地诵读。不知是这句话的大气磅礴的气势吸引了他，还是因为“君子”“自强”的字眼带着他太多的希冀和梦想。幼年的吴自良似乎还不知道，这句话给他的一生留下了鲜明的烙印。

　　1926年进入浦江县立浦阳小学读书。在那里，吴自良开始接触到各种自然科学知识。天下种种新奇事物，激发了他去认识和了解的求知欲。小学毕业后，吴自良考入浙江省立第一中学读初中。在初中阶段，除了对自然充满兴趣外，他也开始考虑一些社会问题和国家大事，如中国为什么这样贫困落后，总是受列强欺侮，他逐渐接受科学救国的思想，这成为发奋学习的一份动力。

　　1932年吴自良初中毕业后考入杭州高级中学，他刻苦认真钻研，掌握了扎实的基础知识和良好的治学习惯，为进一步的深造打下了基础。

　　1935年高中毕业后，吴自良考入天津国立北洋大学工学院的矿冶系学习了一年，由于二三十年代航空事业正在蓬勃发展，收到世界各国的重视，学校开设了航空机械系。在“航空救国”的热潮中，一听到学校新成立航空机械系，报名转系的同学十分踊跃，名额有限，只能择优录取，因此转到这个系的学生成绩都很好，吴自良也被录取转入了航空机械系。

　　1937年抗日战争爆发，学校迁到了西安，和北洋大学、北平大学以及北平师范大学合并为西北工学院。教室设在祠堂里，木板充当黑板，吴自良就是在这种艰苦的环境下，继续学习到1939年大学毕业。

　　大学毕业后，吴自良受学校推荐，前往云南垒允中央飞机制造厂工作，在设计科任设计员。当时，吴自良主要的工作，是根据图纸用购买来的原材料和零件装配战斗机和教练机。工作过程中，怀揣着航空救国梦，吴自良满是干劲。他不仅苦学各种专业知识，还刻苦练习英语，虚心向厂里的美国工程师请教飞机制造中的各项技术。

　　但吴自良的航空救国之路的确不甚顺利。伴随着太平洋战争的爆发，1942年起，日军大举进攻缅甸，地处西南的中央飞机制造厂遭到日本飞机的毁灭性轰炸。在随工厂撤离到昆明的路途中，他又看到了国民党官员利用工厂搬迁的机会大肆挥霍腐败，很是失望，心里隐约觉得，在这样的体制下“航空救国”之梦难圆。

　　在昆明，吴自良进入中央机器厂工作，任副总工程师。受战乱影响，1943年，吴自良在当医生的大姐的资助下，自费赴美留学。当时有关方面在组织航空厂的重建工作，通知他可以通过加入国民党重新开始他的航空救国大业。亲眼目睹国民党种种恶行的吴自良掷地有声地告诉前来通知他的人：“宁死也不加入国民党！”。

　　很快国民党航空委员会就以“逾期不报到”为由，将他除名，永不录用”。这样断了他学航空的路。既然学航空不得，他只好寻本溯源，拾起了最初报考北洋大学时的矿冶专业。经中央机器厂厂长的推荐，吴自良决定到美国匹兹堡的卡内基理工学院学习冶金。