Alexei Alexeievich Brusilov provenía de la nobleza de los Brusilov. Nació en Tiflis en la familia del general mayor Alexei Nikolaevich Brusilov y Maria-Luisa Antonovna, de origen polaco. En 1867 ingresó en el Cuerpo de Pajes, que terminó en 1872, después de lo cual fue destinado al 15.º regimiento de dragones de Tver. En 1873 y 1878 sirvió como ayudante de campo del regimiento y participó en la Guerra Ruso-Turca en el Cáucaso, destacándose en la toma de las fortalezas de Ardahan y Kars. Por esto fue condecorado con las órdenes de San Estanislao y Santa Ana.

En 1881 Brusilov comenzó su servicio en San Petersburgo, completó un curso para comandantes y sirvió en la Escuela de Caballería de Oficiales, donde ocupó varios cargos, incluido el de director de la escuela. Se convirtió en un especialista conocido en el ámbito de la equitación y el deporte ecuestre. En 1906, gracias al apoyo del gran duque Nikolai Nikolaevich, fue nombrado comandante de la 2.ª división de caballería de la guardia y luego comandante del 14.º cuerpo de ejército.

Con el inicio de la Primera Guerra Mundial, el 19 de julio de 1914, Brusilov tomó el mando del 8.º ejército, que participó en la Batalla de Galitzia y obtuvo victorias en varias batallas, incluidas las batallas de Rogatin y la toma de Galich. En 1915, a pesar de las duras condiciones, su ejército se defendió con éxito y derrotó al enemigo.

En 1916 Brusilov tomó el mando del Frente Suroeste y llevó a cabo una exitosa ofensiva, conocida como la ruptura de Brusilov. Por esto fue propuesto para una condecoración, pero recibió el arma de San Jorge con diamantes. Durante la Revolución de Febrero apoyó al Gobierno Provisional y la creación de batallones de choque.

Después de su renuncia en 1917, Brusilov vivió en Moscú. En 1920 se unió al Ejército Rojo y participó en la elaboración de recomendaciones para su fortalecimiento. En 1921 encabezó la comisión de preparación de caballería, y en 1923-1924 fue inspector de caballería del RKKA.

Alexei Alexeievich Brusilov falleció el 17 de marzo de 1926 en Moscú y fue enterrado junto a las murallas de la catedral de Smolensk del monasterio Novodévichi.