Родился 5 октября 1892 года в семье инженера Александра Ивановича Братолюбова. Старший брат — Александр Александрович, инженер-изобретатель зажигательных авиабомб.
В 1915 г. — прапорщик, в 1916 г. — подпоручик. Награждён в том числе орденом св. Георгия 4 степени.
В первой мировой войне начал как артиллерист, продолжил как летчик-наблюдатель.
С 1917 г. — учащийся, выпускник и инструктор в летной школе в г. Севастополе, работавшей на общественных началах.Официально состоит непосредственно в РККА с 1918 г., когда Братолюбов был назначен начальником Московской авиационной школы.Последний приказ по авиашколе за № 39 от 25 августа 1919 г. Братолюбовым не подписан (версия З.Сорокина, изложенная в книге «Идем в атаку» — приказ не успели вовремя привезти на вокзал, с которого Братолюбов отбыл на фронт во главе Московского авиаотряда особого назначения, действовавшего против частей ген. Мамонтова). Примерно через месяц Братолюбов погиб.