Родился в состоятельной еврейской семье, сын текстильного фабриканта. Учился на инженера. С 1916 по 1927 управлял делами отца. В то же время с 1911 в качестве вольнослушателя посещал лекции по физике, философии и психологии в Венском университете. После продажи отцовских фабрик Брох в 1929—1932 снова слушает в Венском университете лекции по философии и математике, дебютирует как писатель. Наряду с художественной прозой пишет философские эссе о литературе и морали. В 1938 арестован гестапо, через три недели, после протестов мировой общественности (главную роль здесь сыграл Джеймс Джойс), был освобожден, выехал в Великобританию, благодаря помощи Т. Манна получил визу на въезд в США. Принял католицизм. Много работал не только над прозой (при этом постоянно пытаясь отказаться от художественного творчества), но и над трудами по философии, математике, массовой психологии, идя в этом параллельно поискам Музиля, Канетти и во всем имея в виду свою главную тему — кризис и распад ценностей в австрийском обществе 1880—1930-х годов.
