Siendo adolescente se embarcó como grumete en un barco norteamericano. Durante diez años navegó por las aguas del Atlántico y allí adquirió admirable pericia como marino. Había alcanzado matrícula de capitán cuando en 1796 fue apresado por un buque inglés y obligado a prestar allí servicios. La nave inglesa fue luego apresada por un navío francés y Brown, conducido a Francia como prisionero de guerra, logró fugarse.

A fines de 1809 Brown llegó al Río de la Plata a bordo del Belmond y se radicó en Montevideo para dedicarse al comercio. El 18 de abril de 1810 arribó a Buenos Aires en gestión comercial y permaneció dos meses en la entonces capital del Virreinato, siendo testigo de la  semana de Mayo.

Años después, Brown luchó contra los marinos realistas que dominaban la Banda Oriental. En marzo de 1814 el Directorio le confirió el grado de Teniente Coronel y lo puso al frente de la escuadra.

Brown vislumbró que una acción naval contra Montevideo podía producir la rendición de esta plaza, que resistía hacía casi cuatro años el sitio de las fuerzas terrestres de Buenos Aires. El 14 de abril de 1814 zarpó hacia la Banda Oriental una escuadra al mando de Brown, quien izó su insignia en la fragata Hércules.

El triunfo naval del 17 de mayo de 1814 frente a las costas de Montevideo trajo aparejada la caída de dicha ciudad en poder de las fuerzas patriotas, el 23 de junio de 1814. Según San Martín la victoria de Brown en aguas de aquella plaza era "lo más importante hecho por la revolución americana hasta el momento".

Terminada la campaña de 1814 Brown emprendió campaña por aguas de Chile, Perú, Ecuador y Colombia. Llevó las ideas de libertad de la Revolución de Mayo hasta aquellas regiones y fue precursor de la gesta libertadora que llevaría a cabo San Martín. Cuando regresó a Buenos Aires, no quiso tomar parte en conflictos internos y se retiró a su hogar, dedicándose al comercio.

El 10 de diciembre de 1825, el Imperio del Brasil le declaró la guerra a las Provincias Unidad del Río de la Plata, alegando apoyo a los intentos de liberación por parte de la banda Oriental de la ocupación brasileña. El 21 de diciembre una escuadra imperial al mando del Vicealmirante Rodrigo José Ferreyra de Lobo bloqueó Buenos Aires.

El gobierno llamó a Guillermo Brown y el 12 de enero de 1826 le confirió, con el grado de Coronel Mayor, el mando de la escuadra integrada por muy escasas fuerzas: los bergantines General Balcarce y General Belgrano y una vieja lancha cañonera, la Correntina.

Brown organizó todo rápidamente, incorporó 12 lanchas cañoneras y al poco tiempo se incrementó el número de buques mediante la adquisición de la fragata 25 de Mayo; los bergantines Congreso Nacional y República Argentina y las goletas Sarandí y Pepa. Brown izó su insignia en la 25 de Mayo.
El 10 de junio de 1826 una poderosa fuerza brasileña se presentó ante Buenos Aires, integrada por 31 barcos. Brown sólo disponía de 4 buques y 7 cañoneras.

El marino irlandés derrochó coraje y audacia sin límites en el combate de Quilmes, librado el 30 de julio de 1826. A bordo de la fragata 25 de Mayo, comandada por el Coronel de Marina Tomás Espora, y apoyado por Rosales con su goleta Río de la Plata combatió contra veinte naves enemigas. Ante el temor de quedar varadas las naves brasileñas se retiraron y la escuadra de Brown ataviada como en días de gala llegó al puerto porteño.

En agosto de 1828 finalizó la guerra naval contra el Brasil y Brown se retiró a la vida privada. El bloqueo al que fue sometido Buenos Aires por parte de las fuerzas inglesas y francesas cuyo comienzo data desde el año 1838 hizo que el viejo Almirante volviera al servicio activo.

Bloqueó a Montevideo burlando la flota inglesa; causó derrota tras derrota a las naves del Uruguay que presidía Fructuoso Rivera abierto enemigo del gobernador de Buenos Aires, Juan Manuel de Rosas. El 15 de agosto de 1842 Brown derrotó a una fuerza naval riverista comandada por el héroe italiano José Garibaldi.

Seis buques de la Armada Argentina llevaron su nombre: Goleta (1826), Vapor de Guerra "General Brown"(1867-Primer Buque Escuela), Acorazado (1880), Crucero (1931), Destructor (1961), Destructor (1983).