Алексей Алексеевич Брусилов происходил из дворянского рода Брусиловых. Он родился в Тифлисе в семье генерал-майора Алексея Николаевича Брусилова и Марии-Луизы Антоновны, польки по происхождению. В 1867 году он поступил в Пажеский корпус, который окончил в 1872 году, после чего был направлен в 15-й драгунский Тверской полк. В 1873 и 1878 годах служил адъютантом полка и участвовал в Русско-турецкой войне на Кавказе, отличившись при взятии крепостей Ардаган и Карс. За это он был награждён орденами Святого Станислава и Святой Анны.

В 1881 году Брусилов начал службу в Санкт-Петербурге, окончил курс для командиров и служил в Офицерской кавалерийской школе, где занимал различные должности, включая начальника школы. Он стал известным специалистом в области кавалерийской езды и спорта. В 1906 году, благодаря поддержке великого князя Николая Николаевича, был назначен начальником 2-й гвардейской кавалерийской дивизии, а затем командиром 14-го армейского корпуса.

С началом Первой мировой войны, 19 июля 1914 года, Брусилов возглавил 8-ю армию, которая участвовала в Галицийской битве и одержала победы в ряде сражений, включая Рогатинские бои и взятие Галича. В 1915 году, несмотря на тяжелые условия, его армия успешно оборонялась и наносила поражения противнику.

В 1916 году Брусилов возглавил Юго-Западный фронт и провёл успешное наступление, известное как Брусиловский прорыв. За это он был представлен к награде, но получил Георгиевское оружие с бриллиантами. Во время Февральской революции поддержал Временное правительство и создание ударных батальонов.

После отставки в 1917 году Брусилов жил в Москве. В 1920 году он вступил в Красную армию и участвовал в разработке рекомендаций по её укреплению. В 1921 году возглавил комиссию по кавалерийской подготовке, а в 1923-1924 годах был инспектором кавалерии РККА.

Алексей Алексеевич Брусилов скончался 17 марта 1926 года в Москве и был похоронен у стен Смоленского собора Новодевичьего монастыря.