Zamieszkiwał pierwotnie całą Europę, jednak w południowo-zachodniej Europie został wytępiony[8]. 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 około 2011 roku 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 według danych z roku 2014 żyło około 6000 osobników[10], a według danych z roku 2018 około 8000[11].
Na terenie dawnego Związku Radzieckiego występuje około 120 tys. osobników[12].
W Polsce występuje tylko w Karpatach i na Podkarpaciu – w Tatrach i Beskidach (głównie w Bieszczadach[6]).
Według prof. Jana Korwin 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 w Górach 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).