יוסף חיים ברנר נולד ב-1881 בעיירה נוביה מליני (Новi Млини) בפלך צ'רניגוב שבדרום-מערב האימפריה הרוסית (כיום באוקראינה), כבן בכור להוריו, חיה-רייזל (לבית מינץ) ושלמה ברנר. אחריו נולדו עוד חמישה אחים ואחיות: שמואל, אהובה (לובה), בתיה, מאיר ובנימין. המשפחה הייתה ענייה, וילדותו עברה עליו בדלות קשה. שמהּ המקורי של משפחתו היה לובנוב; סבו, אב לשלושה בנים, שינה את שמות המשפחה של שניים מבניו ל'ברנר' ו'נרוצקי'. אביו היה מתנגד, אולם רב העיירה נוביה מליני, אצלו החל ללמוד בשנת תרנ"ג ב"חדר" היה חסיד לובביץ'. בפורים תרנ"ד (1893-1894) הוצגה בעיירה הצגת פורים היתולית ("פורים שפיל") שנכתבה על ידי ברנר הצעיר (הוא גם שיחק בה בתפקיד מרדכי), מה שהיה, ככל הנראה, הניסיון הספרותי הראשון שלו. באביב תרנ"ד עבר לישיבה בהומל ולמד בה כשנה וחצי. הוא למד תקופה גם בהלוסק ובקונוטופ. בקונוטופ החל ברנר לקרוא בספרים חיצוניים, ונעשה למתנגד חריף לחסידות. הוא סולק מן הישיבה בבושת פנים לאחר שנתפס כותב דברי-חול. בין השנים 1896–1898 למד בישיבה בעיירה פּוֹצֶ'פּ, ובהּ התיידד עם אורי ניסן גנסין שאביו היה ראש הישיבה. בתקופה זו החל לקרוא מיצירות הספרות העברית, ועשה צעדים ראשונים בכתיבה. ב-1898 התגורר זמן מה בביאליסטוק, וניסה להתפרנס כסופר סת"ם. לאחר מכן חזר להומל, והצטרף לתנועה הסוציאליסטית היהודית, 'הבונד'.
בסתיו שנת 1901 גויס לצבא הרוסי. שנתיים לאחר מכן, כאשר פרצה מלחמת רוסיה–יפן, ערק ונתפס, אך נחטף בשנת 1904 מידי המשטרה שהובילה אותו לבית סוהר בעיר בוברויסק על ידי חבורת בונדאים, ומשם הוברח ללונדון.
בין השנים 1904–1907 התגורר בשכונת וייטצ'אפל (Whitechapel) שבלונדון. בשנת 1904 כתב את הספר "מסביב לנקודה", וזה התפרסם בירחון "השילוח" שבעריכתו הספרותית של חיים נחמן ביאליק. בשנים 1906–1907 ערך והוציא לאור, ביחד עם חברו הסופר יהושע רדלר פלדמן (הידוע גם כר' בנימין), את כתב העת הספרותי 'המעורר', שהשפעתו על התפתחותהּ של הספרות העברית החדשה הייתה גדולה. באנגליה למד ברנר את מקצוע סדר הדפוס, ובירחון 'המעורר' עשה הכול במו ידיו, למעט ייצור הנייר. בשנת 1907 הגיע ללונדון חברו מנוער, אורי ניסן גנסין, ועזר לו להוציא את העיתון. לאחר מספר חודשים התערערו יחסיהם וגנסין עזב ועלה לארץ ישראל.
ב-1908 עבר לעיר לבוב שבגליציה, שם התיידד עם הסופר גרשון שופמן, ואף שכר דירה בשותפות עמו לתקופה מסוימת. כעבור זמן מה נוצר קרע ביניהם, כנראה בשל אישה. בעקבות המריבה עם שופמן, החליט ברנר לעזוב את לבוב ולעלות לארץ ישראל. על פי זיכרונותיו של הסופר חיים שלום בן-אברם, חלק ברנר דירה עם משפחתה של דורה אברהמית; בתקופה מסוימת הלין בחדרו גם את האחים בן-אברם (חיים שלום ואחיו הצעיר משה).
בארץ ישראל.
ברנר עלה לארץ ישראל בשנת 1909, והיה לאחד מראשי העלייה השנייה. בתחילה רצה לעסוק בחקלאות כדי להגשים בגופו את הרעיון הציוני; אך שלא כמו ידידו ומורו א"ד גורדון, לא עמד ברנר בעבודת האדמה, ונטש אותה לאחר שבוע (יש אומרים בכפייה) לטובת עבודות פחות פיזיות. עד 1914 התגורר בירושלים, בשכונת עזרת ישראל בחדר נזירי שכור, סמוך לבית דפוס אחדות. היה חבר מערכת העיתון "האחדות", ופרסם מאמרים בעיתונים נוספים.
בסוף 1910 פרסם ברנר בעיתון "הפועל הצעיר" מאמר שהצית פולמוס ציבורי נרחב, אשר כונה בהמשך "מאורע ברנר". המאמר פגע ברגשותיהם של דתיים ומסורתיים בארץ-ישראל ומחוצה לה, כיוון שהיו בו, מצד אחד, דחייה בוטה ומבטלת של כל הדתות, כולל הדת היהודית, ומצד שני, הצהרת אמונים לתרבות היהודית הגלומה, על-פי ברנר, בברית הישנה (התנ"ך) ובברית החדשה גם יחד. הסערה שפרצה לא שככה במשך חודשים רבים. "הוועד האודסאי" הפסיק את תמיכתו הכספית בעיתון "הפועל הצעיר", ובתגובה התגייסו סופרי ארץ ישראל ופועליה ותרמו להמשך קיומו. הוויכוחים הסתעפו לכיוונים נוספים, ומאות מאמרים ומכתבים פורסמו בכל כתבי העת בארץ ישראל ובתפוצות בעניין הפרשה וספיחיה. לאחר שדעכה המחלוקת ופינתה מקומה למחלוקות אחרות, עדיין הייתה ל"אירוע" השפעה על חייו של ברנר. למשל, תחילת דרכו כמורה לספרות בגימנסיה הרצליה בשנת 1915 לוותה בהתנגדות מצד הוועד המפקח על הגימנסיה. כפשרה מונה מורה מיוחד, שתפקידו היה לפקח על שעוריו של ברנר, ולוודא שהוא מלמד בהתאם לתוכנית ואינו מסית נגד הדת. בהמשך נמצאה עבודתו של ברנר טובה ביותר ותקינה לחלוטין, והוא המשיך ללמד בגימנסיה גם תנ"ך, משנה ולשון.
במסגרת פעילותו בתחום הספרות סייע ברנר לפריצתו של ש"י עגנון אל התודעה הספרותית-תרבותית היהודית, כאשר סייע בהוצאת ספרו "והיה העקוב למישור"
תרגם מרוסית לעברית את "החטא ועונשו" מאת דוסטויבסקי, ואת "בעל בית ופועלו" מאת טולסטוי, ומגרמנית לעברית שני ספרים מאת גרהרט האופטמן ואת "היהודים בזמן הזה" מאת ארתור רופין. כמו כן עסק בתרגומי מדע פופולרי.
בשנת 1913 נישא ברנר לגננת חיה ברוידא, וכעבור שנה נולד בנם היחיד, שברנר קרא לו אוּרי ניסן, על שם חברו אורי ניסן גנסין שמת כשנה קודם לכן. נישואיו לא החזיקו מעמד זמן רב, ואשתו עזבה אותו ונסעה עם בנם לברלין.
בשנת 1917, בימי גירוש תל אביב, כאשר גורשו תושבי תל אביב והתושבים היהודים של יפו על ידי השלטון העות'מאני, עבר ברנר לחדרה, ושב ליפו רק לאחר כיבוש הארץ על ידי הצבא הבריטי. מ-1919 ערך את הירחון הספרותי "האדמה" שצורף ל"קונטרס", בעריכתו של ברל כצנלסון.
ברנר היה מרצה ומורה במחנות הכבישים של גדוד העבודה על שם יוסף טרומפלדור, "מהנלהבים והמלהיבים לאיחוד מפלגות הפועלים בארץ ישראל".
בתחילת 1921 השתתף כאורח כבוד בוועידת היסוד של ההסתדרות הכללית, אך לא היה בה ציר. באירוע זה טבע את מטבע הלשון זכות הצעקה, לאחר שהיו"ר העיר על הערת הביניים שלו: "ברנר, אינך ציר! אין לך זכות הדיבור". ברנר השיב מיד: "זכות הדיבור אין לי, אבל זכות הצעקה יש לי".
מותו.
במאי 1921 נרצח ברנר בפרעות תרפ"א. התנפלות הרוצחים החלה כנראה בקהל של אבלים ערבים בלוויה של ילד ערבי בבית הקברות המוסלמי שייח' מוראד הסמוך לבית שבו התגורר אז, בית אברהם יצקר. הבית ניצב באזור פרדסים (היום בשכונת אבו כביר) בסמוך לעיר יפו. עם ברנר נרצחו גם בני משפחת יצקר והסופרים יוסף לואידור וצבי שץ. גופותיהם של שבעה נרצחים נתלו על חומות בית הקברות.
המקום, שבאותה עת היה חלק מיפו, הוא כיום דרך קיבוץ גלויות שבדרום תל אביב.
הנצחה.
כ-150 מטרים ממקום הירצחו עומד כעת "משכן ברנר וחבריו" - מרכז הנוער העובד והלומד, שהוא שחזור של בית יצקר, המציג תערוכת הנצחה לנרצחים.
על שמו נקרא קיבוץ גבעת ברנר ובו תיכון אזורי ברנר, וכן רחובות בערים רבות בישראל.
בשנת 1923, ביקר דוד בן-גוריון בברית המועצות, ובשובו לארץ ישראל הבריח בחפציו את אוסף המכתבים של ברנר, שקיבל מחברו, שמעון ביחובסקי.
ב-2021, במלאת 100 שנים להירצחו ועל תרומתו הגדולה כמנהיג התרבות העברית וטיפוחה, מוקדש לו יום עיון מקוון, על ידי האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים.
חיים אישיים.
בנו, אורי ניסן ברנר, היה סגן מפקד הפלמ"ח.
יצירתו.
ספרות יפה.
בשנת 1900 התפרסם סיפורו הראשון, פת לחם, בכתב העת 'המליץ'. באותה שנה יצא לאור בוורשה ספרו "מעמק עכור" - אוסף סיפורים על עלובי החיים בעיירה היהודית של סוף המאה ה-19. בסיפורים אלה בולט ריאליזם מגמתי.
הרומן "בחורף" (שברנר הסתייג מהגדרתו כרומן) החל להתפרסם בשנת 1903, בחלקים, בכתב העת "השילוח". שם גם התפרסם הרומן השני של ברנר, מסביב לנקודה, בשנת 1904.
יצירתו של ברנר מבוססת על שני מרכיבים עיקריים: מצד אחד קיים אדם צעיר בשנותיו אך זקן בנפשו. הביוגרפיה של כלל גיבורי יצירותיו דומה. גיבור יצירתו הוא בחור שהתפקר ומחפש דרך חדשה בעולם שאינו מאיר פנים אליו. הוא נידון למצוקה כלכלית, מחלות ונדודים. אישיותו מורכבת מניגודים, אין הוא שלם עם עצמו ועם המציאות החדשה והמכוערת שעימה הוא מתמודד. נושא היצירה של ברנר הוא תמיד המפגש שבין גיבור כזה ועולם מכוער ואכזר.
זהו תמיד אדם בודד בעל קשרים חברתיים מועטים, הנוטה להסתגרות ולחשדנות. הקשרים היחידים שנרקמים לעיתים בינו ובין אחרים, הם בדרך כלל בעייתיים ונוטים, לעיתים קרובות, להסתיים במפח נפש. פייארמן בנובלה "בחורף" אינו איש רעים, ונוטה להתקפד בתוך עצמו, כאשר הוא שולף מדי פעם את קוציו. אברמזון ברומן "מסביב לנקודה" מנסה אמנם לרקום קשרי ידידות עם הזולת, אך יכולתו הדלה לקיים קשרים חבריים חמים היא בעוכריו. וכך גם שאר הגיבורים נוטים להיכשל ביחסי החברה שלהם עם העולם, ויחסיהם עם נשים נידונים מראש לכישלון.
שלא כשאר הגיבורים התלושים בספרות העברית של התקופה, כמו למשל ביצירותיהם של שופמן וברדיצ'בסקי, נשארים גיבוריו של ברנר, גם כשהם תלושים ממקום הולדתם וממשפחתם, במסגרת יהודית כלשהי. בדרך כלל הם מתגוררים באזורים יהודיים וחווים יחד עם בני עמם את אווירת הפליטים, ולרוב הם חסרי בית וחסרי תקווה. אין הם מתפתים לצאת אל העולם הרחב ולהשליך לאחור את אחיהם, אף שהם מודעים לפגמיהם וסובלים מהם. ברנר וגיבוריו, על התלבטויותיהם וביקורתם, אינם מתנתקים מגורלו של העם היהודי.
בסיוון ה'תרפ"א, לאחר הירצחו של ברנר, פרסם אברהם אליהו קפלן מסה הגותית על העם היהודי, במתכונת ביקורת על ספרו של ברנר "שכול וכישלון". בביקורתו התייחס קפלן באהדה לתחושותיו של ברנר (למרות המחלוקת האידאולוגית העזה ביניהם), ניתח את היסוד היהודי שמתבטא בספר, והעלה השערה כי בספר ניתן ביטוי להרהורי תשובה שפקדו את ברנר.