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Recibió el grado en ingeniería química en 1899 y el doctorado en física el año 1908 por la Universidad de Copenhague.[4] Inmediatamente le designaron profesor de Química inorgánica y Física en Copenhague. En 1906 publicó su primer trabajo sobre la afinidad del electrón. En 1923 introdujo la teoría protónica de las reacciones ácido-base, simultáneamente con el químico inglés Thomas Lowry. El mismo año, la teoría electrónica fue propuesta por Gilbert N. Lewis, pero ambas teorías se utilizan comúnmente. Trabajó en colaboración con el sueco Hevesy en la separación de los isótopos del mercurio.
Era conocido como una autoridad en la catálisis por ácidos y bases. La ecuación de la catálisis de Brønsted tiene su nombre en honor a él.[4] Es también conocido, junto con Lowry, por la teoría del donante del protón. Brønsted teorizó que un átomo de hidrógeno (presente siempre en un ácido) se ioniza una vez disuelto en agua, pierde su electrón y se convierte en donante del protón. El ion hidróxido, que se produce cuando se forma un álcali y se disuelve en agua, se llama el receptor del protón.[5][6]
Durante la segunda guerra mundial se opuso a los nazis, y posteriormente fue elegido al parlamento danés en 1947, pero no pudo tomar asiento como diputado debido a su enfermedad. Murió poco después de la elección.[4]