Zamieszkiwał pierwotnie całą Europę, jednak w południowo-zachodniej Europie został wytępiony[8]. Występuje w lasach górskich w Eurazji. Podgatunek niedźwiedzia brunatnego, niedźwiedź grizli (U. a. horribilis), zamieszkuje Amerykę Północną, aż po północny Meksyk.
W Europie kontynentalnej według danych z lat 2010-2012 (z wyłączeniem Rosji, Białorusi i Ukrainy) żyło 17 tys. osobników[9]. Stałą obecność stwierdzono w 22 krajach, areał stałego zasięgu wynosił 485 400 km². W Polsce według danych z ok. 2011 r. populacja wynosiła 80 osobników, a w okresie 1950-1970 roczną populację szacowano na 10-14 osobników[10]. Największa populacja w Europie (bez Rosji i Ukrainy) zamieszkuje Rumunię, gdzie żyje około 6000 osobników[11]. Na terenie dawnego Związku Radzieckiego występuje około 120 000 osobników[12].
W Polsce występuje tylko w Karpatach i na Podkarpaciu - w Tatrach i Beskidach (głównie w Bieszczadach[6]).
Według prof. Jana Korwina Kochanowskiego ostatniego niedźwiedzia w Polsce centralnej zabito pod koniec XVII w. w lasach bedońskich. Na wielu obszarach Polski gatunek ten przetrwał jednak do XIX w. Spotykano go jeszcze wówczas wGórach Świętokrzyskich (ostatni okaz żyjący tam został zabity na Barczy), na Kurpiach Zielonych, na Mazurach i w Puszczy Białowieskiej.
W okresie międzywojennym w Puszczy Białowieskiej dokonano reintrodukcji tego zwierzęcia. Ostatecznie zakończyła się ona niepowodzeniem, podobno z powodu niefachowego kontynuowania jej przez Niemców podczas okupacji (wypuszczano do lasu oswojone okazy niedźwiedzi, które stały się zagrożeniem dla ludności).