Единственный сын генерала от кавалерии Алексея Алексеевича Брусилова (1853—1926) от первой жены, Анны Николаевны Гагемейстер (ум. 1908).
Окончил Пажеский корпус, служил в лейб-гвардии Конно-гренадерском полку. В 1912—1914 гг. обучался в Офицерской кавалерийской школе. В годы Первой мировой войны командовал пешим стрелковым эскадроном стрелкового дивизиона 2-й гвардейской кавалерийской дивизии (2.05.1916—9.01.1917). С 10 января 1917 года командовал 2-м эскадроном лейб-гвардии Конно-гренадерского полка. За боевые отличия награждён многими орденами.
2 июля 1917 года в церкви села Гребнево Богородского уезда Московской губернии венчался браком с Варварой Ивановной Котляревской, дочерью тайного советника.
В августе 1918 года арестован ВЧК и полгода находился в тюрьме. С 1919 года — в Красной армии, командир кавалерийского полка. Вступил рядовым стрелком в ряды Вооружённых сил Юга России, заболел тифом и скончался в Ростове или убит при эвакуации Новороссийска в марте 1920 года.