Некогда бурый медведь был обычен по всей Европе, включая Англию и Ирландию, на юге его ареал достигал северо-запада Африки (Атласский медведь), а на востоке через Сибирь и Китай доходил до Японии. В Северную Америку он, вероятно, попал около 40 000 лет назад из Азии, через Берингов перешеек и широко расселился в западной части континента от Аляски и до севера Мексики.

Сейчас бурый медведь продолжает восстанавливать популяцию на большей части ареала; в остальных областях малочислен. В Западной Европе его разобщённые популяции сохранились на Пиренеях, Кантабрийских горах, Альпах и Апеннинах. Довольно распространён в Скандинавии и Финляндии, встречается в лесах Центральной Европы и в Карпатах. В Финляндии объявлен национальным животным.

В Азии он распространён от Передней Азии, Палестины, северного Ирака и Ирана до севера Китая и Корейского полуострова. В Японии встречается на острове Хоккайдо. В Северной Америке известен под названием «гризли» (раньше североамериканского бурого медведя выделяли в отдельный вид); он многочислен на Аляске, на западе Канады, имеются ограниченные популяции на северо-западе США.

Ареал бурого медведя в России занимает всю лесную зону. Северная граница ареала совпадает с южной границей тундры.

Бурый медведь образует несколько подвидов (географических рас), отличающихся размерами и окраской. Самые крупные бурые медведи в мире водятся на юге Аляски, а в Евразии — на Дальнем Востоке (в первую очередь на Сахалине и на Камчатке). Средние показатели массы и длины тела медведей на Камчатке составили 268,7 кг и 216,7 см для взрослых самцов (старше 7 лет) и 174,9 кг и 194,5 см для взрослых самок соответственно, что выше, чем в других регионах Евразии (кроме, возможно, Приморья, где считается, что бурые медведи достигают похожих размеров). Учитывая, что взвешивание проводилось в основном в начале лета, осенняя масса камчатских медведей должна быть ещё больше. В исследовании в Южно-Камчатском заказнике отмечен крупный самец в возрасте 8 лет, масса которого составила 410 кг, длина тела — 249 см, обхват груди — 155 см. Учитывая то, что он был отловлен в начале июня, когда жировые запасы невелики, в осенний период данный медведь мог весить свыше 450 кг. Достоверно наличие на Камчатке медведей массой более 400 кг и существование особо крупных самцов, масса которых превышает 600 кг (хотя особи подобного размера не взвешивались профессиональными зоологами). На Сахалине размеры медведей несколько ниже, чем на Камчатке, но выше, чем в большинстве других регионов.

Взрослые самцы бурого медведя значительно крупнее самок на всем ареале (для крупных подвидов различие в массе составляет 1,5—1,6 раза). Половой диморфизм у молодых особей выражен не так ярко.