Родился в купеческой семье 17 сентября 1885 года. Брат известного поэта Валерия Яковлевича Брюсова.Участник Первой мировой войны; с 1915 по 1919 находился в плену.
В 1925 году — окончил этнологический факультет МГУ по специальности «археология» и стал аспирантом НИИ археологии и искусствознания РАНИОН. Постепенно стал одним из ведущих учёных, работающих в области археологии эпох неолита и бронзы, а также в смежных науках.
С 1926 года — возглавлял ряд экспедиций, работавших на Русском Севере, в том числе на Летнем берегу Белого моря вместе с М. Е. Фосс, Д. А. Крайновым и А. В. Збруевой, затем многолетние работы в Карелии и Вологодской области (Свайное поселение Модлона на реке Модлона), в Новгородской области (поселение Репище) и др.
В 1929 году закончил аспирантуру и с этого года — доцент МГУ.
С 1929 по 1931 годы — старший научный сотрудником НИИ археологии и искусствознания РАНИОН.
С 1941 по 1943 годы вместе с музейными фондами А. Я. Брюсов был в эвакуации.
В 1943 году защитил докторскую диссертацию.
С 1944 года был старшим научным сотрудником в ИИМК, где работал почти всю жизнь. Умер 1 декабря 1966 года.Был активным сторонником курганной гипотезы, за что подвергался критике со стороны Л. С. Клейна.
В том виде, в каком Брюсов поддерживал «курганную гипотезу» , она ныне считается устаревшей: так, Брюсов считал предками индоевропейских народов представителей ямной и катакомбной культур, которые ныне сторонниками курганной гипотезы рассматриваются всего лишь как одни из древнейших индоевропейских.