Édesapja Christian Ludwig Brehm (1787–1864) pap és egyben a német madártan tudományának egyik megalapítója volt. A fiatal Alfred Brehmet elemei iskolai tanulmányain túl édesapja is tanította, ő keltette fel fia érdeklődését az állatok irányába. A fiú az elemi iskola befejezése után építésznek készült, azonban hamarosan meggondolta magát. Még mielőtt egyetemre ment volna, beutazta Egyiptomot, Nubiát és keleti Szudánt, útja után gazdag gyűjteménnyel tért haza, melyben egy részét Bécsben eladta. Ezután 1853 és 1856 között Jénában és Bécsben természettudományokat tanult. 1856-ban Spanyolországot, 1860-ban Norvégiát és Lappföldet, 1862-ben pedig Ernő szász-koburg-gothai herceg kíséretében Abesszíniát utazta be.
1858-ban barátságot kötött Rossmässlerrel, akivel közösen jelentették meg Az erdő állatai című művet. 1861-ben feleségül vette a grezi Mathilde Reizet, aki későbbi utazásira elkíréste férjét. Brehm 1863-ban a hamburgi állatkert igazgatója lett és rövid idő alatt sikerült neki az állatkertet és a vele kapcsolatos akváriumot magas színvonalra emelni. 1867-ben Berlinbe költözött, ahol a berlini akváriumot alapította. 1877-ben dr. Finsch és Waldbug gróf társaságában Szibéria nyugati és Turkesztán északnyugati részét utazta be, egy évvel később Rudolf magyar trónörököst kísérte el a középső Duna vidékére, 1879-ben pedig Spanyolországba.
1878-ban született legkisebb fia, és ekkor hunyt el a felesége. 1883-ban Észak-Amerikába ment egy előadókörútra, a szigorú szerződés miatt nehéz szívvel hagyta otthon öt gyermekét, akik éppen diftériások voltak. Egyiküknek Amerikában érkezése után vette halálhírért. Utazásai során a Mississippi völgyében elkapta a malária, s betegen tért haza. Néhány hetet Friedrichsstanneckben töltött, majd 1884-ben visszatért szülőhelyére, az év őszén vesebaj következtében elhunyt.
Reiseskizzen aus Nordostafrika (Jéna, 1855) munkája és számos cikke közreadása után egy sereg népszerű tudományos munkát írt, amelyeket igen élénk és érdekfeszítő előadás jellemez. Műveit összegyűjtve Stuttgartban adták ki 1890-ben Vom Nordpol zum Aequator cím alatt.
Főbb művei
Reiseskizzen aus Nordost-Afrika (1853)
Reiseskizzen aus Nordamerika (1855)
Das Leben der Vögel (Glogau, 1860-61)
Ergebnisse einer Reise nach Habesch (Hamburg, 1863)
Die Thiere des Waldes (Rossmäslerrel együtt, Lipcse, 1863-66)
Meine Stellung zum Zoologischen Garten Hamburg und meine Entlassung (Hamburg, 1866)
Gefangene Vögel (Baldamussal és Bodinussal együtt, Lipcse, 1870-75)
Magyarul
Borúra derű. Elbeszélés az ifjúság számára / Alfred Brehm: Az afrikai őserdők életéről; németből átdolg. Schönberger Mór; Gross, Győr, 1881 (Gross magyar ifjúsági könyvtára)
Paszlavszky József: Életképek az állatvilágból Brehm A. előadásai nyomán; Országos Középiskolai Tanáregyesület, Budapest, 1884 (Ifjúsági iratok tára)
Az Északi-sarktól az Egyenlítőig. Népszerű előadások; ford. Geőcze Sarolta, Paszlavszky József; Természettudományi Társulat, Budapest, 1892 (Természettudományi Könyvkiadó Vállalat)
Az állatok világa. Brehm Alfréd "Tierleben" című korszakos nagy művének magyarba átültetett, ismereteink mai színvonalához és a hazai viszonyokhoz alkalmazott kiadása, 1-10.; Légrády, Budapest, 1901–1907
1. Emlősök. 1. köt. Főemlősök, denevérek, bőrszárnyúak, ragadozók; ismereteink mai színvonalához és a hazai viszonyokhoz alkalmazta Méhelÿ Lajos; 1901
2. Emlősök. 2. köt. Ragadozók, rovarevők, rágcsálók, foghíjasok; ismereteink mai színvonalához és a hazai viszonyokhoz alkalmazta Méhely Lajos; 1902
Madarak; ismereteink mai színvonalához és a hazai viszonyokhoz alkalmazta Chernel István, 1-3.; Légrády, Budapest, 1902–1904
Az állatok világa egy kötetben; átdolg. Rapaics Raymund; Légrády–Genius, Budapest, 1926 (hasonmás: 1996)
Az állatok világa, 1-19.; bev. Klebelsberg Kunó; átdolg., az új felfedezésekkel és a magyar vonatkozásokkal kieg. új kiad.; Gutenberg, Budapest, 1929–1933
18. Alsórendű állatok. Férgek, tömlősök, szivacsok, véglények és a sejtekre tagoltak, sejtekre nemtagoltak általában; szerk. Gelei József; 1933
19. Paul de Kruif: Bacillusok; ford. Detre László, magyar vonatkozásokkal kieg. Győry Tibor, Bálint Nagy István, bev. Entz Béla; 1933 után
Az állatok világa, 1-2.; szerk. Éhik Gyula, előszó Klebelsberg Kuno; Natura, Budapest, 1938
Az állatok világa, 1-4.; átdolg. Walter Rammner, ford. Ákos Károly; Biblioteca, Budapest, 1957
Az Egyenlítőtől az Északi-fokig; vál., ford. S. Zala Zsuzsa; Gondolat, Budapest, 1965 (Világjárók. Klasszikus útleírások)
Az Északi-sarktól az Egyenlítőig. Népszerű előadások; vál., bev., jegyz. Patkó Ferenc, ford. Geőcze Sarolta, Paszlavszky József; Kriterion, Bukarest, 1988 (Téka)
Az állatok világa. Egy kötetben. Kis Brehm; átdolg. Rapaics Raymund; ÁKV-Maecenas, Budapest, 1989 (ÁKV-Maecenas reprint-sorozat)
Ragadozók; Brehm Alfréd alapján, szerk. Balázs Gyula, Csiffáry Tamás; Titán Computer, Budapest, 2005
Az állatok világa. Kis Brehm, 1-4.; átdolg. Rapaics Raymund; Pallas, Gyöngyös, 2007