東京府豊多摩郡渋谷村大字中渋谷（現在の東京都渋谷区道玄坂）に生まれた。父の死後、母の再婚先である川村家を経て新派俳優栗島狭衣の養女となった。明治40年（1907年）、5歳のとき狭衣の師である水木歌橘に入門し、日本舞踊を習い始めた。同年父の主宰するお伽劇『うそつき爺い』で初舞台を踏んだ。また、明治42年（1909年）には狭衣と共にM・パテー商会製作・公開の映画『新桃太郎』に出演した。大正2年（1913年）、栗島狭衣一座の座員となり、巡業生活を送った。この間ほとんど学校に通っていなかったため、将来を案じた母が一座から離れさせ、日本舞踊の修行に専心。大正7年（1918年）に、水木歌紅の名で名取となった。大正10年（1921年）2月、松竹蒲田撮影所に入り、ヘンリー小谷監督の『虞美人草』に当時の人気俳優岩田祐吉の相手役としてデビューした。岩田とはのちに『船頭小唄』などで共演し、諸口十九・川田芳子のコンビと並ぶ松竹のドル箱コンビとして活躍、人気を得た。主に悲劇もののヒロイン役で活躍し、川田、五月信子と並ぶ初期の松竹蒲田のスター女優となった。同年11月、池田義臣監督の『生さぬ仲』に主演してからは、池田監督とのコンビ作が多くなり、大正12年（1923年）、池田と生活するようになるが、松竹の意向で結婚の事実は秘せられた。その後も野村芳亭監督の『死に行く妻』、島津保次郎監督の『麗人』、小津安二郎監督の『結婚学入門』『お嬢さん』、成瀬巳喜男監督の『夜ごとの夢』など当時の有力な監督の作品に出演、その群を抜いた美貌と舞踊で磨かれた立ち振る舞いで、日本を代表する映画女優となった。昭和4年（1929年）、松竹が新しく導入した「幹部制度」において、岩田、川田、藤野秀夫らと共に大幹部に昇進した。昭和10年（1935年）、撮影所が蒲田から大船へ移る時に引退を発表、昭和12年（1937年）、小津監督の『淑女は何を忘れたか』を最後に映画界を引退した。その後は水木流舞踊の宗家として晩年まで活動を続けた。数万人と言われる弟子の中には、飯田蝶子、淡島千景（水木紅景）、池内淳子（水木紅澄）がいる。昭和31年（1956年）、成瀬巳喜男監督の『流れる』に特別出演、19年ぶりの映画出演となった。これは蒲田時代からの付き合いがある成瀬からのたっての願いで実現した。セリフを一切覚えずに現場入りをした事は語り草にもなっている。昭和43年（1968年）、紫綬褒章を受章。昭和62年（1987年）8月16日、腎不全のため死去。享年85。墓は池上本門寺にある。
生後まもなく父親に先立たれたため、母親とおばによって養育された。姉が演奏していたボリショイ劇場において初めて芸術音楽に触れ、1867年にエクトル・ベルリオーズの指揮によりベートーヴェンの『交響曲 第5番』に接したことが最も重大な転機となった。8歳でモスクワ音楽院に通ってチェロを学び始めると、在学中から教授や職業演奏家、聴衆の注目を集めるようになる。ドイツ人ヴィルトゥオーゾ、ヴィルヘルム・フィッツェンハーゲンの薫陶を受けつつ、音楽理論をピョートル・チャイコフスキーに師事し、また著名な演奏家とともに弦楽四重奏曲を演奏した。1877年に貴重な金メダルを授与されて音楽院を修了。1878年3月5日に、ニコライ・ルビンシテインの後援で最初のリサイタルを開くが、永続的な支持者を確保するには至らず、外国行きを決意する。辛うじてぎりぎりの成功ではあったものの、当時のヨーロッパの音楽文化の中心地であったパリに行き、1881年から1889年までフランスに暮らしながらロンドンでも演奏会を行なった。同時代のピアニストのアレクサンドル・ゴリデンヴェイゼルが語ったところによると、「（ブランドゥコーフの）躍動的で感情に訴える演奏は、抽象理論や分析とは相容れないものだった。」1881年にサン＝サーンスの『チェロ協奏曲 第1番』を演奏すると、アンジェの祝賀演奏会に招待されて演奏することとなり、それまでの活動の山場を迎えた。ブランドゥコーフは作家ツルゲーネフの助手となり、その伝でアントン・ルビンシテインやアンナ・エシポワ、アレクサンドル・ジロティら多くの友人や人脈を得た。 1890年にチャイコフスキーはモスクワ音楽院に対して、ブランドゥコーフをチェロ科の教授に迎えるように催促するが、院長ワシーリー・サフォーノフは、教授職には若すぎるとの考えから、これを受け入れなかった。ブランドゥコーフは暫くローザンヌで過ごした後、19歳のセルゲイ・ラフマニノフが独立して最初の演奏会を開くことができるように手を貸し、1892年のラフマニノフの演奏会デビューで、この青年作曲家の新作を演奏した。この頃ブランドゥコーフは、チェロのための14の小品と、2つのチェロ協奏曲を作曲している。1906年にモスクワ・フィルハーモニー音楽演劇学校の教授と校長に就任し、1921年には、サンタ・チェチーリア国立アカデミアからの就任要請を断わって、モスクワ音楽院教授に就任した。「最後のロマン主義者」と称賛されたウクライナ人チェリストのグレゴール・ピアティゴルスキーは、ブランドゥコーフの高弟である。教授としては、学生との私的な交流を満喫した。A.V.ブロウナという名の学生は、「ブランドゥコーフ先生は、伝統的な意味での教師ではありませんでした。霊的な豊かさを惜しみなく分け与えてくれる親友であり、その指導は天啓となったのです」と語っている。モスクワで富裕なナジェージダ・マズリナと結婚して息子サーシャを儲ける。1914年に第一次世界大戦が始まると、しばしば負傷兵のための慈善事業で講義を行なった。1917年の十月革命以降はボリショイ劇場の一員となって付属オーケストラを設立し、演奏会で講演した。ボリショイ劇場での同僚であったゲンリフ・ネイガウスが1919年に伝えたところによると、演奏会への道すがら、ブランドゥコーフは足を滑らせ自分の愛器の上に倒れ込んでしまった。ネイガウスが思い出して言うには、ブランドゥコーフはケースを外すと、「チェロをまるで生き物のように抱きしめ、目からはらはらと涙をこぼした。」最晩年になっても演奏会や講義に取り組み続け、ネイガウスと共演した1930年1月30日に、最後の講演を行なった。それからおよそ半月後に、モスクワにおいて逝去した。71歳であった。