Estudià al Conservatori de París, on tingué A. Franchomme com a mestre de violoncel i J. Massenet com a mestre de composició, el qual deixà una petja important en el seu estil. Durant un temps fou violoncel·lista a l’orquestra Pasdeloup i, des del 1887, es dedicà a la composició d’obres escèniques. Mantingué una estreta amistat amb É. Zola, llibretista de bona part de les seves obres, entre les quals destacà Le rêve (1891). El suport que donà a Zola en l’afer Dreyfus, en el qual es veié involucrat l’escriptor francès, comportà que les seves obres fossin acollides enmig de polèmiques. Aquest fou el cas de Messidor (1897), una òpera que no s’estrenà a París fins uns quants anys més tard. A partir d’aleshores, tot i ésser considerat un autor proper al nou estil modernista, les seves obres no obtingueren l’èxit dels primers anys. El 1916 tornà a escriure cançons, un repertori que inclogué obres tan preuades com Brumes oMarine. El seu estil de composició combina una marcada tendència vers el verisme italianitzant amb una àmplia gamma de trets wagnerians. A Le rêve, Bruneau utilitzà recursos innovadors al seu temps: escales de tons, concatenacions d’acords complexos juxtaposats amb fragments extremament simples, i fins i tot alguns fragments de cant pla i cants populars.