吴光伟1911年出生于河南，两岁时随父母迁居北京。父亲当时是北京盐务局局长，吴光伟是家中的第三个女儿，她有两个姐姐、一个妹妹和一个弟弟。兄弟姐妹都接受过良好的教育。她就读的小学和中学都是北平的教会学校，在学校里，她表现出了很高的爱国热情。1926年3月18日北平学生举行抗议段祺瑞政府的示威游行，在北平经世中学读书的吴光伟和同学们冒雨等候在段祺瑞政府门前，得到的答复却是有的学生被警察打伤，还有一名学生被枪杀。后来，她转学到上海，在一家商学院的女生部专攻英语。她学习很用功，在班里得过最高奖励。
离开南京后，吴光伟又回到北平，大部分时间在图书馆看书。1935年底，一二九运动爆发后，北平地区的许多热血青年投笔从戎。张研田和吴光伟也先后来到陕西西安，投奔陕西绥靖公署主任杨虎城，加入到救亡大军中。张研田任杨虎城的参议，吴光伟则在陕西省政府民政厅当职员，是办公室里唯一的女性，月薪60元。
