Admis à l'École polytechnique en 1867, il intègre l'arme de l'artillerie à sa sortie. En , il est sous-lieutenant à l'école d'application de Metz. Nommé lieutenant en 1872, il est capitaine le , et suit dans ce grade les cours de l'École Supérieure de Guerre où il obtient le brevet d'état-major avec la mention "très bien".
Nommé chef d'escadron en 1886, il est au moment de sa promotion professeur adjoint au cours de tactique appliquée à l'École de Guerre. Il devient officier d'ordonnance du général Théophile Ferron en 1888, lorsque celui-ci est nommé ministre de la guerre. Il sert ensuite successivement au 11e Régiment d'Artillerie, au 4e bureau de l'état-major général, puis redevint professeur à l'École Supérieure de Guerre où il est nommé successivement lieutenant-colonel (1893) et colonel (1897). Il prend alors le commandement du 4e Régiment d'Artillerie à Besançon.
Placé hors cadre le , il est désigné commandant militaire du Sénat. Nommé général de brigade le , il commande la 21e brigade d'infanterie et la subdivision de Nancy, avant d'être nommé sous-chef d'état-major de l'armée le . Il prend en 1903 la direction de l'École supérieure de guerre à la suite du général de Lacroix. Il siège au Comité technique d'état-major.
Promu général de division le , il est appelé à la direction de l'état-major général de l'armée, d'abord à titre temporaire (1904), puis à titre définitif en 1906. C'est dans cette fonction qu'il est envoyé en Russie en 1907 afin de traiter sur place les nombreuses questions militaires délicates que soulève alors l'alliance franco-russe.
Titulaire du portefeuille de ministre de la Guerre dans les deux premiers ministères d'Aristide Briand, il exerce cette fonction du jusqu'au jour de son décès à Paris le . À ce poste, il rétablit le service militaire des condamnés de droit commun dans les Bataillons d'Afrique, crée un pénitencier militaire dans la baie de Saint-Malo, développe l'aéronautique militaire et fait voter les crédits de l'intervention française au Maroc.
La caserne d'artillerie de la Butte à Besançon a été rebaptisée caserne Brun.
