Барон, затем граф (с 1871), действительный тайный советник (с 26.08.1856). Из курляндского баронского рода фон Брунновых, известного с XVII в. Сын полковника Иоганна-Эрнста фон Бруннова (1751-1822) от брака с Марией-Элизабет-Филиппиной фон Ливен (1762-1844). Родился в Дрездене. Получив первоначальное домашнее образование, в 1818 окончил юридический факультет Лейпцигского университета. 30.10.1818 определился на службу в ведомство Коллегии иностранных дел со званием актуариуса. В 1821—1822 в качестве младшего чиновника участвовал в работе представителей России на Лайбахском и Веронском конгрессах «Священного союза». С мая 1823, в чине коллежского асессора, состоял при Новороссийском генерал-губернаторе графе М.С. Воронцове, редактировал газету «Одесский вестник». В 1826 состоял при российских представителях М.С. Воронцове и А.И. Рибопьере на Аккерманской конференции. В 1828—1829 начальник дипломатической канцелярии управляющего Дунайскими княжествами Ф.П. Палена; в 1829 секретарь российского уполномоченного Ф.П. Палена при подписании Адрианопольского мира с Турцией. В ноябре 1829 — марте 1830 управляющий дипломатической канцелярией графа А.Ф. Орлова во время его чрезвычайной миссии в Константинополь. 19.03.1830 получил чин коллежского советника, в 1832 — статского советника.
С 1832 в С.-Петербурге состоял при вице-канцлере графе К.В. Нессельроде, расположение которого способствовало дальнейшей карьере Бруннова. По поручению вице-канцлера составлял дипломатические инструкции российским послам. Одаренный наблюдательностью и тонким умом, Бруннов быстро усвоил воззрения Николая I на дипломатические отношения, а потому документы, редактированные им, неизменно вызывали одобрение императора. С 28.01.1833 по 2.07.1839 член Главного управления цензуры от МИД; инициатор запрещения в 1834 одного из лучших тогдашних журналов — «Телеграфа» Н.А. Полевого. 12.08.1833 произведён в действительные статские советники. С 19.01.1835 старший советник МИД. С 25.03.1839 по 17.02.1840 чрезвычайный посланник и полномочный министр в Штутгарте (Вюртемберг) и Гессен-Дармштадте. Отличаясь пунктуальным исполнением внешнеполитической линии императора Николая I и К.В. Нессельроде, Бруннов способствовал устранению разногласий с Великобританией, возникших в связи с заключением Россией договоров с Турцией; содействовал окончанию переговоров о браке наследника цесаревича (будущего императора Александра II) с принцессой Гессен-Дармштадтской. 14.04.1840 получил чин тайного советника.
В 1840—1854 чрезвычайный и полномочный посланник в Лондоне. Следуя линии российского правительства на сохранение любой ценой хороших отношений с Великобританией, Бруннов дал согласие на подписание Лондонской конвенции (1841) о режиме Черноморских проливов, фактически ликвидировавшей прежние завоевания России в этом вопросе. Подписал международный акт о запрещении торговли неграми (8.12.1841), коммерческий трактат между Россией и Великобританией (1842) и др. C большим успехом вел переговоры по поводу русско-турецкого Ункяр-Искелесийского договора 1833 и по восточному вопросу в целом. Проект Бруннова лег в основу Лондонской конвенции о Египте, подписанной в июне 1840. С началом Крымской войны 1853—1856 покинул Великобританию, составив содержащую ценные документы записку «Обзор положения восточных дел в 1854», чем содействовал активизации российской дипломатии на Среднем и отчасти Дальнем Востоке.
В 1855—1856 посланник при Германском союзе, а также в Гессен-Касселе и Гессен-Дармштадте. В качестве второго российского уполномоченного (при первом — графе А.Ф. Орлове) участвовал в работе Парижской мирной конференции 1856; по представлению К.М. Базили поставил вопрос о положении христианских подданных Турции. Была согласована статья договора о необходимости срочных реформ в положении христиан. В 1856—1857 временно руководил российской миссией в Париже. За работу на конгрессе Александр II наградил Бруннова бриллиантовой табакеркой.
В 1856—1858 чрезвычайный посланник в Берлине, Мекленбург-Шверине и Мекленбург-Стрелице. В 1858—1860 посланник, а в 1860—1870 и 1870—1874 посол в Лондоне; в мае-октябре 1870 посол в Париже. Долгие годы представляя Россию в Лондоне, Бруннов, по отзывам современников, считался самой выдающейся личностью в лондонском дипломатическом корпусе. В 1862 он добился снятия кандидатуры английского принца Альфреда на греческий престол; в 1863—1864 был российским представителем на Лондонской конференции по Греции. В апреле 1867 по поручению А.М. Горчакова попросил премьер-министра Великобритании лорда Дерби созвать международную конференцию по поводу статуса Люксембурга. Одновременно Бруннов передал Дерби русский проект договора о статусе Люксембурга, предусматривающий, в частности, гарантию нейтралитета герцогства договаривающимися сторонами. Британское правительство пыталось возражать против этого пункта, но Бруннову удалось ещё до начала работы конференции 22.04.1867 склонить на свою сторону Австро-Венгрию, Францию и Пруссию. В результате к обсуждению на конференции был принят русский проект, а по её итогам герцогство Люксембург объявлялось вечно нейтральным. В 1871 в качестве уполномоченного участвовал в подписании Лондонской конвенции о режиме Черноморских проливов. В 1863 направил в МИД записку, в которой доказывал необходимость продолжения издания «Собрания государственных грамот и договоров». В марте 1871 указом Александра II возведён в графское Российской Империи достоинство. Удостоен российских орденов: Св. Владимира 4-й степ. (10.04.1821), Св. Анны 2-й степ. (29.05.1825, алмазные украшения - 21.01.1828), Св. Владимира 3-й степ. (15.11.1830), Св. Станислава 2-й степ., Св. Станислава 1-й степ. (30.05.1835), Св. Анны 1-й степ. (30.08.1837), Белого Орла (18.07.1840), Св. Александра Невского (17.06.1844, алмазные знаки к ордену - 16.08.1847), Св. Владимира 1-й степ. (1855), Св. Апостола Андрея Первозванного (30.08.1862, бриллиантовые знаки к ордену - 1867), удостоен также иностранных орденов Св. Иоанна Иерусалимского (Пруссия, 1821), Короны командорского знака (Бавария, 1833), Св. Стефана (Австрия, 1833), знака Достоинства с бриллиантами (Османская империя, 1836), Льва и Солнца 1-й степ. (Персия, 1839), Людвига 1-й степ. (Гессен-Дармштадт, 1840), Св. Януария (Королевство обеих Сицилий, 1848), Льва 1-й степ. (Нидерланды, 1849), Спасителя 1-й степ. (Греция, 1850), Данеброга с алмазными знаками (Дания, 1852), Красного орла 1-й степ. (Пруссия, 1852), Почётного легиона 1-й степ. (Франция, 1857), а также табакерок от короля Вюртембергского (1840) и с портретом имп. французов Наполеона III (1856). 22.08.1839 удостоен знака отличия за 20, в 1854 - за 35, в 1860 - за 40 лет службы. В июле 1874 вышел в отставку; проживал в собственном доме в Дармштадте, где и скончался на 78-м году жизни.
Отзывы современников о Бруннове, крупном российском дипломате, различны. По свидетельству Ф.Ф. Вигеля, «наружность имел он неприятную; длинный стан его, все более вытягиваясь, оканчивался огромною, страшною челюстью». Он превосходно говорил по-французски, обладал прекрасными манерами; умел тонко льстить своему начальству. Как писал князь П.А. Вяземский, «Бруннов изгибается перед всеми высшими. Я видел его в Ораниенбауме: он был посмешищем великих княгинь и фрейлин. Сказывают, что эту же роль играл он в Одессе при дворе Воронцова». По свидетельству князя В.П. Мещерского, видевшего Бруннова в 1864 в Лондоне, он представлял из себя «толстую и рослую фигуру, напоминающую неуклюжего бегемота, с большою головою, бритую, с лицом, ничего не выражающим, кроме полнейшего безучастия... На обеде я познакомился с его женою в черных локонах, окаймлявших толстое, без всякого выражения лицо, и нашел ее совершенно одинакового типа с мужем. Оба разговаривали, но я все время испытывал неприятное ощущение, что говорили по необходимости, без малейшего жизненного участия к лицу и предметам разговора. Мне казалось, что я провёл два часа в обществе говорящих мумий... Мне говорили, что карьерою своею вначале он был обязан своему красивому почерку, а затем своему стилю». Обладая прекрасным классическим образованием, Бруннов считался выдающимся стилистом, с своеобразным литературным дарованием. Его талант как редактора дипломатических документов высоко ценили многие современники, в том числе германский канцлер князь О. фон Бисмарк. В совершенстве владея искусством составления текста договора или протокола, Бруннов охотно брался за эту работу. Его знание людей и политических отношений, изящное изложение, полное остроумия, позволяло ему мастерски составлять характеристики современников. Писал он очень легко и быстро, слог его отличался ясностью, четкостью, полнотой и сжатостью изложений. Писал очень четко, очень редко исправлял написанное, и при этом никогда не вычеркивал, а аккуратно выскабливал, и гордился искусством скоблить. Он прекрасно владел искусством ведения переговоров. Будучи человеком старого закала, он не любил, когда молодой человек высказывал свои убеждения, несходные с убеждением начальства. Жил Бруннов очень широко, был большим хлебосолом, любил, чтобы у него хорошо ели, но сам был весьма воздержан в пище и питье. Среди российских послов он получал самое большое жалованье — 59 тыс. руб. в год (жалованье министра не превышало 20—30 тыс. руб.).
Был женат на шведке Шарлотте Адамовне Брюс (1801-1874), бывшей в первом браке за инженер-генералом А.А. Лехнером. В связь с Брунновым она вступила в Одессе, ещё будучи замужем за Лехнером. Муж, узнав об измене жены, развёлся с ней, вызвал Бруннова на дуэль и заставил того жениться на Шарлотте. В дальнейшем сопровождала Бруннова во всех его дипломатических назначениях и была популярной фигурой в английском высшем обществе. По словам П.А. Вяземского, когда Бруннову после объявления Великобританией войны в 1854 пришлось покинуть Лондон, его жена «с горя просто рехнулась, в прощальных визитах своих разливалась слезами и с горя бог весть что за чепуху несла». За заслуги мужа была пожалована в кавалерственные дамы ордена Св. Екатерины (меньшого креста) (9.06.1869). Дочь Брунновых - баронесса Елена Филипповна (1835-1859), фрейлина, замужем за прусским дипломатом А. фон Магнусом, умерла на следующий день после рождения дочери. Также в семье воспитывалась дочь Шарлотты Адамовны от Лехнера — Ольга Андреевна (1825-1850). Со смертью Бруннова графская линия рода баронов фон Брунновых угасла.
