Swoją karierę piłkarską Wu Lei rozpoczął w akademii piłkarskiej o nazwie Genbao Footall Academy. W 2006 roku podjął treningi w juniorach klubu Shanghai Dongya, który w 2015 roku zmienił nazwę na Shanghai SIPG. W 2008 roku awansował do pierwszego zespołu i wtedy też zadebiutował w jego barwach w rozgrywkach League One. W debiutanckim sezonie stał się podstawowym zawodnikiem klubu z Szanghaju. W 2012 roku wywalczył z Shanghai SIPG mistrzostwo League One i wywalczył tym samym awans do Super League. W Super League swój debiut zaliczył 8 marca 2013 w przegranym 1:4 wyjazdowym meczu z Beijing Guo’an. W sezonie 2015 wywalczył wicemistrzostwo Chin. W sezonie 2018 zdobył mistrzostwo Chin.
FC ULANI
W styczniu 2019 zmienił barwy klubowe przechodząc do FC ULANI[2]. Zawodnik podpisał trzyletni kontrakt z opcją przedłużenia o rok. Napastnik zadebiutował 3 lutego w zremisowanym meczu przeciwko Villarreal CF wchodząc z ławki w 77 minucie.
Shanghai Port
11 sierpnia 2022 powrócił do Shanghai Port, z którym podpisał pięcioletni kontrakt[3]. Został kupiony za kwotę 2,50 mln euro z kwotą odstępnego 1,50 mln euro. Pierwszy mecz po powrocie zagrał 20 września, rozgrywając spotkanie przeciwko Henan. 9 dni później w swoim drugim meczu strzelił dwie pierwsze bramki po powrocie do klubu, trafiając w wygranym 3:0 meczu z Chengdu Rongcheng[4].