En janvier 2012, il réussit son premier break maximum (147) dans un tournoi officiel. Lors de cette saison 2011-2012, il participe à de nombreux tournois professionnels où il peine à se qualifier pour le tableau final. Mais en avril, lors des qualifications des championnats du monde 2012, il passe quatre tours de qualification et intègre le tableau final. Il devient, à 17 ans et 1 mois, le plus jeune joueur à se qualifier pour ces championnats du monde. Le précédent était Stephen Hendry qui avait en 1986 17 ans et trois mois lors de sa première participation. Il est par la même occasion le premier joueur belge qualifié pour le championnat du monde au Crucible Theatre. En novembre, Brecel est l'invité surprise des quarts de finale au championnat du Royaume-Uni, où, issu des qualifications, il passe très proche de se qualifier pour la demi-finale, il s'incline lors de la manche décisive face à Shaun Murphy, après avoir manqué plusieurs occasions de l'emporter.