Ріс в заможній сім'ї, в музичному оточенні (мати — піаністка, два брати — музиканти, викладачі музики). З чотирьох років навчався грі нафортепіано (перші уроки отримав від матері), з дев'яти — навіолончелі. У 13 років почав виступати в публічних концертах. До початку 40-х років епізодично грав в різних естрадних ансамблях (зокрема, як виконавець гиллбіллі), діксилендових і свінгових оркестрах. У 1938—42 вчився в Пасифик-коледжі в Стоктоні (керував студентським ансамблем з 12 чоловік), одночасно виступав в клубах, зокрема із співачкою і піаністкою Клео Браун. Потім поступив в оклендський Міллс-коледж, де займався композицією у Даріуса Мійо, відвідував лекціїАрнольда Шенберга в Каліфорнійському університеті. У зв'язку з мобілізацією в армію був вимушений перервати навчання. У 1944 керував військовим оркестром в Європі, крім того працював аранжувальником і піаністом. Отримавши санкцію влади, достроково повернувся вСША для продовження освіти, в 1946 відновив заняття — у Д. Мійо (композиція) і Фреда Саатмена (фортепіано).
У цей період вперше виявив серйозну цікавість до джазу. За ініціативою Мійо і при його сприянні організував експериментальний октет Jazz Workshop Ensemble (1948), членами якого були Дік Коллінз (тромбон), Біл Сміт (кларнет, баритон-саксофон),Пол Десмонд Paul Desmond (альт-саксофон,кларнет,фортепіано), Девід Ван-Крідт (тенор-саксофон), Рон Кротті (контрабас) і Кіл Тьядер (ударні,вібрафон, бонги). З ним записав перші платівки. Протягом короткого часу співробітничав зМайлзом Девісом. У 1949—50 грав у складі тріо, що утворилося з рітм-групиоктету (з Рон Кротті та К. Тьядером — Гербом Барменом). У 1961 створив свій квартет (з П. Десмондом) і незабаром завоював з ним світову славу. В період існування цього ансамблю (до 1967) в ньому брали участь також: басист Рон Кротті, Фред Даттон (контрабас, фагот), Вайт «Булл» Рутер, Боб Бейтс і Джин Райт, на ударних — Г. Бармен, Ллойд Девіс, Джо Додж і Джо Морелло. Квартет виступав вЧикаго, з 1962 — вНью-Йорку (спочатку переважно в коледжах і університетах, пізніше — в найпрестижніших джаз-клубах і концертних залах, неодноразово — в Карнеги-холі), з 1953 займав провідні місця в анкетах журналу Down Beat (у 1958—60 — 2-е місце післяModern Jazz Quartet). Багато гастролював в США і різних країнах світу (з 1958) — в Європі, на Близькому Сході, в Австралії (1960), Японії і інших. На рахунку ансамблю — численні виступи на фестивалях джазу вНьюпорті,Варшаві,Берліні тощо. Після відходу Пола Десмонда, що вирішив працювати самостійно, його змінивҐеррі Малліґан Gerry Mulligan (баритон-саксофон); Алан Доусон (ударні) зайняв місце Дж. Морелло. У новому складі квартет дебютував вЛондоні в 1968. У 1970-ті роки Брубек продовжував різнобічну діяльність як виконавець і особливо як композитор (створив цілу низку новаторських творів, зокремакантати,ораторію,симфонічну поему), викладав в Каліфорнійському університеті.
Особлива віха в кар'єрі квартету Брубека — новаторський альбом «Time Out»1959 року. Один з рідкісних на ті часи записів, заснованих на експериментах з ритмом і розміром, «Time Out» став першим диском в історії джазу, тираж якого перевищив мільйон копій. Його вище досягнення на музичному ринку — і особистий рекорд Брубека — друге місце в поп-рейтингу. Найсильніше враження на слухачів справляли ефектні композиції «Blue Rondo а la Turk» і «Take Five», що відкрили недосліджені джазові горизонти мільйонам молодих ентузіастів. Трек «Blue Rondo а la Turk» був нетривіальною спробою перекласти«Турецьке рондо»Моцарта на розмір 9/8. Ця ідея прийшла Брубеку під час гастролей по Туреччині. Річ у тому, що 9/8 — традиційний турецький пісенний розмір.
У 1972 організував «сімейне» комбо New Brubeck Quartet — з синами Крісом (тромбон, электро-бас-гітара), Даріусом (кларнет, електро-клавішні) і Денні (ударні). У 1987 відвідавСРСР з ансамблем, до складу якого увійшли окрім нього самого Біл Сміт (кларнет), К. Брубек (бас-гитара,тромбон) і Ренді Джонс (ударні).
Неповторна індивідуальність його музики, неможливість її копіювання дозволяють говорити про «стиль Брубека» як про явище, єдине у своєму роді. Брубек один з провідних представників мейнстриму (з діапазоном інтересів від вест-коуст-стилю докул-джазу, необопа і «третьої течії»), що займає положення між двома крайніми стильовими полюсами —традиціоналізмом іавангардизмом, прагнучий до органічної єдності старого і нового, до прогресу як послідовного оновлення традицій, вдосконалення і універсалізації музичної мови джазу — за аналогією з академічною музичною класикою. Для Брубека характерна і природна тенденція до зближення з європейським музичним мисленням, до відмови від пріоритету негритянської ідіоматики, від обов'язковості прийнятих у практиці форм свінгування.
Стильовий спектр музики Брубека широкий. Він належить до лідеріввест-коуст-джазу (разом з Дж. Малліганом). Є творцем і керівником перших ансамблів кул-стилю в 1948-51 (одночасно с М. Лейвісом, Дж. Ширінгом, Л. Трістано), дещо випередив MJG в дослідах з саундом фортепіано + вібрафон. Заклав основи (разом з Л. Трістано) камерного джазового стилю (синтез елементів кол-джаза, хард-бопа і академічної камерної музики). Сприяв виникненню самостійного напряму в джазі, пов'язаного з розробкою барочної стилістики і необахіанством (барок-джаз, play Bach jazz), продовживши експерименти, початі в 30-ті роки (Еді Саут,Стефан Граппеллі,Джанго Рейнхардт, Бені Гудмен). Зробив важливий внесок у становлення сучасного симфоджаза і музики «третьої течії»; ще до Гюнтера Шуллера — в 1950 — закликав музикантів до активної роботи в руслі інтеграції джазу і сучасного академічного музичного мистецтва, до оволодіння професійної композиторською техникою.
Особлива область в творчості Брубека — його «жанрові» експерименти, спроби введення в модерн-джаз (як би «перекладу» джазовою мовою) нетипових для нього раніше жанрів (рондо, чекони, фуги, інвенциі, хоралу, маршу, вальсу, мазурки, регтайму, бугі-вугі та інших).