Na wschodzie spotyka się go w całym Morzu Śródziemnym, wokół Wysp Zielonego Przylądka oraz u wybrzeży Gwinei, Sierra Leone, Liberii, Nigerii, Kamerunu i Angoli. Na wschodzie Pacyfiku bytuje jedynie wokół Archipelagu Ravillagigedo, Wysp Galapagos oraz na Hawajach. Na zachodzie Oceanu Spokojnego występuje w Morzu Żółtym i Morzu Południowochińskim od Półwyspu Koreańskiego po południowe krańce Półwyspu Indochińskiego na północy oraz u wybrzeży północno-zachodniej Australii i Nowej Kaledonii na południu. W wodach Oceanu Indyjskiego spotykany jest w Morzu Czerwonym, Zatoce Perskiej, u wybrzeży południowo-wschodniej Afryki, wokół Madagaskaru, na Komorach, Maskarenach oraz u wybrzeży północno-zachodniej Australii.
Zamieszkuje przydenne rejony płytkich wód przybrzeżnych, w tym wzdłuż krawędzi szelfów kontynentalnych, na obszarach podwodnych płaskowyżów (jak Grzbiet Maskareński) i wyspowych teras. Często spotykany jest również w portach, estuariach, ujściach rzek i zatok, w wodach o wysokiej mętności. Pomimo tego żarłacz brunatny to gatunek typowo słonowodny, nietolerujący wody słodkiej. Preferuje miękkie, muliste lub piaszczyste dno morskie, unikając obszarów raf koralowych.