Lelkésznek tanult az Edinburgh-i Egyetemen. 1799-ben kezdte a fényt tanulmányozni. Legjelentősebb eredményei a polarizációval, a fémes fényvisszaverődéssel és a fényelhajlással kapcsolatosak. (A poláros fény minden hulláma ugyanabban a síkban fekszik. Ha a fény az ú.n. polarizációs szögben esik egy visszaverő felületre, a visszavert fény teljesen poláros lesz.) A róla elnevezett optikai tétel a Brewster-törvény (1815), amely szerint átlátszó közegnél a megtört és visszavert fénysugár polarizációjának mértéke függ a beesés szögétől és a törésmutatótól. Teljes polarizáció esetén a visszavert és a megtört fénysugár egymásra merőleges. Ekkor a beesési szög tangense egyenlő a közeg törésmutatójával. E törvény hasznos a nem átlátszó anyagok vagy a kis mennyiségű anyagminták törésmutatójának meghatározásánál. Vizsgálta a kristályok fénytörését, igazolta, hogy a topáznak két, optikailag kitüntetett tengelye van. Az ismert, kettősen törő anyagok számát 100 fölé szaporította. 1816-ban feltalálta a kaleidoszkópot. Az 1840-es évek elején tökéletesítette a sztereoszkópot, s a két különböző binokuláris képet lencsékkel egyesítve háromdimenziós hatást ért el. Ő javasolta a világítótornyokba alkalmazott könnyű, lapos Fresnel-féle lencséket. 1815-ben választották a Royal Society tagjává, 1831-ben lovaggá ütötték. 1838-ban a St. Andrews-i egyetemen kollégiumi igazgató és fizikaprofesszor, 1859-ben pedig Edinburgh-i Egyetem principálisa lett. Élete végéig szerkesztett folyóiratokat és az Edinburgh Encyclopaediát. Allerly-ben hunyt el 1868. február 10-én.
