Изучив богословие и философию в Университете Майнца, Брунфельс отправился в картезианский монастырь в Майнце, а затем в такой же в Кёнигсхофене недалеко от Страсбура. В Страсбуре он встретился с обучавшимся там юриспруденции Николаусом Гербелем. Гербель обратил внимание Брунфельса на лекарственную силу растений, и это побудило Брунфельса к его будущим ботаническим занятиям.
После перехода в протестантство (в этом он был поддержан Францем фон Зиккингеном и Ульрихом фон Гуттеном) при покровительстве декана Франкфурта Иоанна из Индагине Брунфельс стал служить в Штайнау-ан-дер-Штрассе (1521), а позднее в Нойенбурге-на-Рейне. Затем в течение 8 лет он руководил школой кармелитов в Страсбуре. В списке главных еретиков, опубликованном Лёвенским университетом в 1550 году, Брунфельс шёл первым.
В одной из своих работ он защитил Ульриха фон Гуттена от Эразма Роттердамского, затем издал рукопись, оставленную Яном Гусом. Catalogi virorum illustrium Брунфельса (1527) считаются первой книгой в истории евангелистской церкви.
После смерти Ульриха фон Гуттена в 1523 году религиозные взгляды Брунфельса привели его к спорам с Мартином Лютером и Цвингли.
Позднее он занялся изучением медицины в Базельском университете (звание доктора медицины (M.D.) получил в 1530 году). В 1532 году Брунфельс стал городским врачом в Берне, где он оставался до конца своих дней.
Кроме многочисленных богословских трудов, Брунфельс издал трактаты по педагогике, арабскому языку, фармацевтике и ботанике.
Его часто называют отцом ботаники, потому что в своих ботанических сочинениях он не столько обращается к наследию древних авторов, сколько к собственным наблюдениям, и на основании последних описывает растения. Он собрал путём гербаризации во время ботанических занятий немецкую флору и описал её, хотя без всякой системы, под заглавием Живые изображения трав (лат. Herbarum vivae icones ad naturae imitationem summa cum diligentia et artificio effigiatae, Страсбур, 1530—1536, 3 тома, in folio, и нем. Contrafayt Kr?uterbuch, 1532—1537, в двух частях (нем.)). Здесь растения Германии представлены гравюрами на дереве Ханса Вайдитца (нем. Hans Weiditz) и названы народными именами на немецком языке (Дуэйн Изели (Duane Isely), однако, приписывает большую часть популярности Брунфельса Вайдитцу, чьи гравюры установили новый стандарт, поскольку делались с натуры, в отличие от копий с прежних работ). В этом труде Брунфельс разделил растения на «совершенные» (то есть имеющие цветки) и «несовершенные» (лишённые их).
Брунфельс также ввёл в научный оборот сведения о немецких растениях, которых не было у Диоскорида, и описывал растения независимо от их медицинской ценности, хотя эти описания и бывали часто бедными.
Роды растений Брунфельсия (Brunfelsia) и Брунфельсиопсис (Brunfelsiopsis) семейства Паслёновые названы в его память.