Fin 2011, Nery Brenes remporte le titre du des Jeux panaméricains disputés en altitude à Guadalajara, au Mexique. Auteur de 44 s 65 en finale, il bat son record personnel et devient par ailleurs le quatrième meilleur performeur mondial de l'année derrière LaShawn Merritt, Kirani James et Rondell Bartholomew. Il devance sur le podium Luguelin Santos et Ramon Miller.Nery Brenes devient champion du monde en salle du en mars 2012 à Istanbul. Bénéficiant du couloir extérieur en finale grâce à sa victoire lors du tour précédent, face notamment à Kirani James, le costaricien remporte la course en 45 s 11, devant les Bahaméens Demetrius Pinder et Chris Brown. Il établit un nouveau record des championnats et améliore de 0,90 s son record personnel.