Брюховичі вперше згадуються в історичних документах 1440 р. Однак, за свідченнями археологів, територія селища була заселена з прадавніх часів. Згідно королівської грамоти короля Владислава ІІІ Варенчика, 1444 р. на берегах річки Брюхівчанка було дозволено заселятися "кметям, хліборобам та корчмарям". Також тут часто селилися утікачі від татарських набігів. Протягом всього існування селище було тісно пов’язане зі Львовом і підпорядковувалося міській юрисдикції. Місто отримувало значні прибутки від брюховицьких лісних угідь, папірні, млинів та каменоломень.

За свідченням бургомістра Мартіна Ґросваєра, під час облоги Львова військами Богдана Хмельницького і Тугай-бея 5 жовтня 1648 р. вночі "неприятель не наступав, лише спалив міське село Брюховичі, вирізав чоловіче населення, а білоголову стать забрав у неволю, знищивши нечисленні маєтки". За багато років ці збитки забулися, тож у 1956 р. на перехресті вулиць Широкої та Курортної було встановлено пам'ятник... Б. Хмельницькому (N 49.907145 E 23.94794).

Після того, як у 1886 р. через Брюховичі проклали залізничну колію Львів–Белжець, тут почали активно будувати заміські відпочинкові вілли та пансіонати і засаджувати піщані дюни соснами.

На одній з віл, що належала інженерові Генрикові Зарембі, 1931 р. сталась детективна історія: було вбито його 17-річну доньку Ельжбету. У вбивстві підозрювали економку Риту Ґорґонову, яка ніби-то була коханкою господаря. Ця справа не лише облетіла газети всього світу, але й стала сюжетом для кінофільмів.

З 1906 р. до Другої світової війни тут діяв бальнелогічний заклад, який використовував місцеві джерела мінеральних вод.

У міжвоєнний період у Брюховичах на схилі З'явленської гори існувала "скочня" — трамплін для стрибків на лижах. На жаль, до нашого часу він не зберігся, а про його колишнє існування нагадує вуличка з незвичною для українців назвою Скочня.

Під час німецької окупації 1942-1944 рр. Брюховичі перебували в межах розширеної території міста Львова і входили до складу 10-ої дільниці міста "Міський ліс". Тоді ж у селищі діяла розвідшкола Абверу (зараз у цьому будинку — Центр математичного моделювання Академії Наук, навколо — дендропарк).

У 1940-1941 та 1944-1957 рр. Брюховичі були центром Брюховицького району Львівської області.

Брюховицький ліс, на жаль, відомий як місце загибелі відомого українського композитора Володимира Івасюка (1979 р.). Офіційна версія — самогубство, — на думку громадськості, сумнівна. За неофіційною версією смерть композитора була вбивством, виконаним КДБ. Похорон Володимира Івасюка 22 травня у Львові перетворився на масову акцію протесту проти радянської влади.