Brattebø er siv.ing. (1977) og dr.ing. (1983) fra NTH, og har bakgrunn som forsker ved vannrensegruppa NTH/SINTEF, overingeniør hos ingeniørfirmaet Reinertsen, og regionsjef hos tidligere Østlandskonsult (nå del av COWI). Han har arbeidet ved NTNU siden 1989, som programkoordinator for strategiprosjektet Teknisk miljøvitenskap, avdelingsleder for ved Senter for miljø og utvikling (SMU), og den første leder av NTNUs Program for industriell økologi (IndEcol). Brattebø ble professor ved Institutt for vann- og miljøteknikk (IVM) i 1998, og arbeidet her til utgangen av 2012, inkl. opphold som gjesteprofessor ved Centre for Industrial Ecology ved Yale University i USA (2003/2004) og ved MIT Portugal Programme, Técnico Lisboa (2010/2011). Han er siden 2001 medredaktør for tidsskriftet Journal of Industrial Ecology og har hatt ulike verv innen International Scociety for Industrial Ecology. Fra 2013 har Brattebø hatt sin professorstilling ved Program for industriell økologi og Institutt for energi og prosessteknikk (EPT) på NTNU.