Combatte nella divisione dei pesi medi per l'organizzazione statunitense UFC.

Carriera nelle arti marziali miste Ultimate Fighting Championship Brunson debuttò in UFC rimpiazzando l'infortunato Karlos Vemola per poter affrontare Chris Leben, il 29 dicembre 2012 a UFC 155. Nonostante fosse lo sfavorito, Brunson sfruttò le sue maggiori abilità nella lotta per sconfiggere Leben per decisione unanime.

Il match con Ronny Markes doveva tenersi a giugno 2013. Tuttavia, l'incontro venne cancellato a seguito di un incidente stradale subito da Markes. Quest'ultimo non riportò gravi lesioni ma non poté comunque partecipare all'incontro.

Il 31 agosto 2013 doveva affrontare Yoel Romero all'evento UFC 164, ma venne sorpreso da un infortunio facendo saltare l'intero match.

A novembre avrebbe dovuto affrontare Antonio Braga Neto. Tuttavia, Neto si infortunò e venne sostituito da Brian Houston. Brunson vinse in modo spettacolare dopo 48 secondi, andando a segno con un calcio alla testa susseguito da uno strangolamento da dietro.

L'incontro con Romero venne riorganizzato per il 15 gennaio 2014. Dopo aver vinto i primi due round, Brunson venne colpito in volto da un potente gancio sinistro finendo al tappeto, da qui arrivò la sconfitta per KO tecnico dopo una serie di gomitate. Entrambi gli atleti vennero premiato con il riconoscimento Fight of the Night.

Il 15 febbraio 2014 venne annunciata la firma per quattro incontri in UFC da parte di Brunson.

Il 2 agosto lo aspettava il match contro Lorenz Larkin, ma dopo la cancellazione dell'evento UFC 176 questo incontro venne posticipato per il 30 agosto a UFC 177. Brunson vinse per decisione unanime.

A dicembre del 2014 doveva vedersela con Ed Herman, ma il match venne posticipato a causa di un'intossicazione alimentare da parte di Brunson quando mancavano poche ore all'inizio dell'evento. Questo incontro si tenne infine a gennaio del 2015 all'evento UFC 183, che vide come vincitore Brunson per KO tecnico al primo round.

Brunson doveva affrontare Krzysztof Jotko il 20 giugno 2015. Tuttavia, Brunson subì un infortunio alle costole il 9 giugno e venne rimpiazzato da Uriah Hall. Tre giorni dopo Hall ebbe problemi con il visto d'ingresso, così venne deciso di cancellare il match.

Brunson combatté Sam Alvey l'8 agosto 2015 a UFC Fight Night 73., trionfando via KO tecnico al primo round.

Il 21 febbraio 2016 affrontò il brasiliano Roan Carneiro in occasione dell'evento UFC Fight Night 83. Vinse il match per KO tecnico, il terzo consecutivo nel giro di una sola ripresa.

A luglio avrebbe dovuto affrontare Gegard Mousasi all'evento UFC 200, ma senza alcuna spiegazione ufficiale venne rimosso dall'incontro.

Il 17 settembre del 2016 dovette affrontare il giamaicano Uriah Hall. Al minuto 1:41 della prima ripresa, Brunson andò a segno con un potente gancio sinistro mandando al tappeto il giamaicano, da questa posizione continuò il suo attacco con il ground and pound costringendo l'arbitro a fermare l'incontro per KO tecnico; dopo lo stop Uriah protestò della decisione arbitrale per il fatto che lui stesso si stava difendendo in modo intelligente e non era per niente fuori combattimento.

A novembre dovette affrontare Robert Whittaker nel main event di UFC Fight Night 101. Brunson venne sconfitto per KO tecnico ma entrambi furono premiati con il riconoscimento Fight of the Night. L'11 novembre affronta l'ex campione Anderson Silva perdendo per decisione unanime, per poi ottenere due vittorie consecutive contro Dan Kelly e l'ex campione dei mediomassimi Lyoto Machida.

Nel 2018 subisce due sconfitte, prima da parte di Ronaldo Souza e poi da parte di Israel Adesanya.

Risultati nelle arti marziali miste RisultatoRecordAvversarioMetodoEventoDataRoundTempoCittàNoteSconfitta23–8 Jared CannonierKO (gomitate)UFC 271: Adesanya vs. Whittaker 212 gennaio 202224:29 Houston, Stati UnitiVittoria23–7 Darren TillSottomissione (rear-naked choke)UFC Fight Night: Brunson vs. Till 4 settembre 202132:13 Las Vegas, Stati UnitiVittoria22-7 Kevin HollandDecisione (unanime)UFC on ESPN: Brunson vs. Holland20 marzo 202155:00 Las Vegas, Stati UnitiVittoria21-7 Edmen ShahbazyanKO tecnico (pugni)UFC Fight Night: Brunson vs. Shahbazyan1 agosto 202030:26 Las Vegas, Stati UnitiVittoria20-7 Ian HeinischDecisione (unanime)UFC 241: Cormier vs. Miocic 217 agosto 201935:00 Anaheim, Stati UnitiVittoria19-7 Elias TheodorouDecisione (unanime)UFC Fight Night: Iaquinta vs. Cowboy4 maggio 201935:00 Ottawa, CanadaSconfitta18-7 Israel AdesanyaKO tecnico (ginocchiata e pugni)UFC 230: Cormier vs. Lewis3 novembre 201814:51 New York, Stati UnitiSconfitta18-6 Ronaldo SouzaKO Tecnico (calcio alla testa e pugni)UFC on Fox: Jacaré vs. Brunson 227 gennaio 201813:50 Charlotte, Stati UnitiVittoria18-5 Lyoto MachidaKO (pugni)UFC Fight Night: Brunson vs. Machida28 ottobre 201712:30 San Paolo, BrasilePerformance of the NightVittoria17-5 Daniel KellyKO (pugni)UFC Fight Night: Lewis vs. Hunt11 giugno 201711:16 Auckland, Nuova ZelandaSconfitta16-5 Anderson SilvaDecisione (unanime)UFC 208: Holm vs. de Randamie11 febbraio 201735:00 Brooklyn, Stati UnitiSconfitta16-4 Robert WhittakerKO tecnico (calcio alla testa e pugni)UFC Fight Night: Whittaker vs. Brunson27 novembre 201614:07 Melbourne, AustraliaFight of the NightVittoria16-3 Uriah HallKO tecnico (pugni)UFC Fight Night: Poirier vs. Johnson17 settembre 201611:41 Hidalgo, Stati UnitiVittoria15-3 Roan CarneiroKO tecnico (pugni)UFC Fight Night: Cowboy vs. Cowboy21 febbraio 201612:38 Pittsburgh, Stati UnitiVittoria14-3 Sam AlveyKO tecnico (pugni)UFC Fight Night: Teixeira vs. Saint Preux8 agosto 201512:19 Nashville, Stati UnitiVittoria13-3 Ed HermanKO tecnico (pugni)UFC 183: Silva vs. Diaz31 gennaio 201510:36 Las Vegas, Stati UnitiVittoria12-3 Lorenz LarkinDecisione (unanime)UFC 177: Dillashaw vs. Soto30 agosto 201435:00 Sacramento, Stati UnitiSconfitta11-3 Yoel RomeroKO tecnico (pugni e gomitate)UFC Fight Night: Rockhold vs. Philippou15 gennaio 201433:23 Duluth, Stati UnitiFight of the NightVittoria11-2 Brian HoustonSottomissione (rear-naked choke)UFC: Fight for the Troops 36 novembre 201310:48 Fort Campbell, Stati UnitiVittoria10-2 Chris LebenDecisione (unanime)UFC 155: dos Santos vs. Velasquez 229 dicembre 201235:00 Las Vegas, Stati UnitiDebutto in UFCSconfitta9-2 Ronaldo SouzaKO (pugni)Strikeforce: Rousey vs. Kaufman18 agosto 201210:41 San Diego, Stati UnitiSconfitta9-1 Kendall GroveDecisione (non unanime)ShoFight 2016 giugno 201235:00 Springfield, Stati UnitiPer il titolo dei Pesi Medi ShoFightVittoria9-0 Nate JamesDecisione (unanime)Strikeforce Challengers: Britt vs. Sayers18 novembre 201114:33 Las Vegas, Stati UnitiVittoria8-0 Lumumba SayersSottomissione (rear-naked choke)Strikeforce: Fedor vs. Henderson30 luglio 201114:33 Hoffman Estates, Stati UnitiVittoria7-0 Jeremy HamiltonDecisione (unanime)Strikeforce Challengers: Fodor vs. Terry24 giugno 201135:00 Kent, Stati UnitiDebutto in StrikeforceVittoria6-0 Danny BabcockKO (pugno)World Extreme Fighting 4522 gennaio 201111:07 Jacksonville, Stati UnitiVittoria5-0 Rhomez BrowerKO Tecnico (Sottomissione ai pugni)XFP: The Holiday Fight Fest4 dicembre 201012:27 Wilmington, Stati UnitiVittoria4-0 Todd ChattelleKO tecnico (pugni)ICE: Fright Night 201029 ottobre 201010:14 Providence, Stati UnitiVittoria3-0 Edward JacksonKO (pugni)Carolina's Summer Fight Series 331 luglio 201010:41 Jacksonville, Stati UnitiVittoria2-0 Chris McNallyKO (pugni)Carolina's Summer Fight Series 226 giugno 201011:42 Wilmington, Stati UnitiVittoria1-0 John BryantSottomissione (rear-naked choke)Carolina's Summer Fight Series 122 maggio 201010:52 Wilmington, Stati Uniti

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