二所所长、放射生物学系主任。1958年，他主持建立了中国医学科学院肿瘤研究所和医院，并主任所长、院长。文革期间，他被打成“资产阶级反动学术权威”。1983年，他卸任所长、院长之职，出任中国医学科学院肿瘤医院名誉院长、肿瘤研究所名誉所长。1984年加入中国共产党。1986年10月30日因巨球蛋白血症在北京逝世。在其去世后，1988年以他名字命名的桓兴肿瘤医院在北京成立。吴桓兴是英国皇家放射学院荣誉院士（1978年）、美国放射学院荣誉院士（1982年）、法兰西学院名誉教授（1982年），并曾获得过法国骑士勋