Alexeï Alexeïevitch Broussilov était issu de la famille noble des Broussilov. Il est né à Tiflis dans la famille du général-major Alexeï Nikolaïevitch Broussilov et de Maria-Louise Antonovna, d'origine polonaise. En 1867, il entra au Corps des pages, qu'il termina en 1872, après quoi il fut affecté au 15e régiment de dragons de Tver. En 1873 et 1878, il servit comme aide de camp du régiment et participa à la guerre russo-turque dans le Caucase, se distinguant lors de la prise des forteresses d'Ardagan et de Kars. Pour cela, il fut décoré des ordres de Saint-Stanislas et de Sainte-Anne.

En 1881, Broussilov commença son service à Saint-Pétersbourg, termina un cours pour commandants et servit à l'École de cavalerie des officiers, où il occupa divers postes, y compris celui de directeur de l'école. Il devint un spécialiste renommé dans le domaine de l'équitation et du sport équestre. En 1906, grâce au soutien du grand-duc Nicolas Nikolaïevitch, il fut nommé commandant de la 2e division de cavalerie de la garde, puis commandant du 14e corps d'armée.

Avec le début de la Première Guerre mondiale, le 19 juillet 1914, Broussilov prit la tête de la 8e armée, qui participa à la bataille de Galicie et remporta des victoires dans plusieurs combats, y compris les batailles de Rogatin et la prise de Galitch. En 1915, malgré des conditions difficiles, son armée se défendait avec succès et infligeait des défaites à l'ennemi.

En 1916, Broussilov prit la tête du front sud-ouest et mena une offensive réussie, connue sous le nom de percée de Broussilov. Pour cela, il fut proposé pour une récompense, mais reçut l'arme de Saint-Georges avec des diamants. Pendant la Révolution de Février, il soutint le gouvernement provisoire et la création de bataillons d'assaut.

Après sa démission en 1917, Broussilov vécut à Moscou. En 1920, il rejoignit l'Armée rouge et participa à l'élaboration de recommandations pour son renforcement. En 1921, il prit la tête de la commission de formation de cavalerie, et en 1923-1924, il fut inspecteur de la cavalerie de l'Armée rouge.

Alexeï Alexeïevitch Broussilov décéda le 17 mars 1926 à Moscou et fut enterré près des murs de la cathédrale Smolensk du monastère Novodievitchi.