Am Niederrhein geboren und die ersten Jahre aufgewachsen, ging die Familie für fünf Jahre nach Rom, wo Brönner auch den Kindergarten besuchte. Er machte 1990 sein Abitur auf der Jesuitenschule Aloisiuskolleg in Bonn-Bad Godesberg. Bereits hier fiel er durch sein Talent bei verschiedenen Schulorchestern auf: klassisches Schulorchester, AKO Big Band oder Sacro-Pop (zusammen mit Stefan Raab). Er studierte Jazztrompete an der Hochschule für Musik Köln. Zu seinen wichtigsten Lehrern gehören Malte Burba und der amerikanische Jazz-Trompeter Bobby Shew. Brönner spielte in der Berliner RIAS Big Band. Sein erstes eigenes Album Generations of Jazz mit Ray Brown, Jeff Hamilton, Frank Chastenier und Grégoire Peters erschien 1993. Er erhielt den Preis der Deutschen Schallplattenkritik und den Preis der Deutschen Plattenindustrie. In Folge spielte er mit internationalen Jazzgrößen wie Dave Brubeck, Tony Bennett, Mark Murphy, James Moody, Monty Alexander, Nils Landgren sowie Klaus Doldinger und Joe Sample und ging 2003 mit der Soulsängerin Joy Denalane auf Tour. Des Weiteren produzierte und komponierte er für Hildegard Knef das Album 17 Millimeter (1999) und schrieb Soundtracks für Jazz seen sowie Höllentour von Pepe Danquart.

Ende April 2006 erschien sein in Los Angeles aufgenommenes Studioalbum Oceana. Auf der von Larry Klein produzierten CD sind unter anderem Madeleine Peyroux und Sängerin Carla Bruni als Gaststars beteiligt.

Brönner produzierte 2002 mit den No Angels das Swing-Album When the Angels Swing, für die er die Pop-Hits der Gruppe für ein Big-Band-Orchester im Swing-Stil arrangierte. 2006 produzierte er für den Bariton Thomas Quasthoff das Jazzalbum Watch What Happens, bei dem er auch als Trompeter mitwirkte.

Von 2004 bis März 2010 spielte und moderierte er in der Reihe Talkin' Jazz der Kunst- und Ausstellungshalle der Bundesrepublik Deutschland in Bonn mit seiner Band und ausgewählten Gästen, darunter Paul Kuhn, Mousse T., Stefan Raab, Anke Engelke, Thomas Quasthoff, Nana Mouskouri und vielen mehr. Am 5. März 2010 war Peter Kraus sein letzter Gast der Reihe. 2009 spielte er als einer der Gastmusiker die Flügelhornparts auf dem Album Touch des berühmten Schweizer Electronicmusic-Duos Yello.

2009 wurde Brönner zum Professor an der Hochschule für Musik Carl Maria von Weber Dresden berufen. Seit dem Wintersemester 2009/2010 lehrt er dort zusammen mit Malte Burba in der Fachrichtung Jazz, Rock und Pop.

Von August bis November 2010 war Brönner gemeinsam mit Sarah Connor und George Glueck Jurymitglied und Mentor in der Castingshow X Factor, die auf RTL und VOX ausgestrahlt wurde. Er bekam die Kategorie der ab 25-Jährigen zugeteilt und gewann den Wettbewerb mit seiner Kandidatin Edita Abdieski. In der zweiten Staffel, die am 30. August 2011 startete, war er erneut Jurymitglied und Mentor und bekam erneut die Kategorie der ab 25-Jährigen. Am 6. Dezember 2011 gewann Brönner die Show wieder mit seinem Kandidaten David Pfeffer. Seinen Ausstieg aus der VOX-Talentshow begründete er mit seinem Hauptberuf als Jazzmusiker, der wieder seine ungeteilte Aufmerksamkeit verdiene.

Seit 2010 arbeitet Brönner verstärkt auch als Fotograf. Seine Porträts, die er meist mit einer Leica "M" Kamera fotografiert, sind Ende 2014 in dem Bildband Faces of Talent (teNeues Verlag) erschienen.

Im April 2016 wurde Till Brönner auf Einladung von US-Präsident Barack Obama ins Weiße Haus eingeladen, um als einziger Jazzkünstler aus dem deutschsprachigen Raum mit 45 internationalen Kollegen den International Jazz Day (30. April) der UNESCO mit einem Konzert zu feiern. Das All-Star-Ensemble umfasste unter anderem Aretha Franklin, Morgan Freeman, Herbie Hancock, Sting, Pat Metheny, Diana Krall, Marcus Miller, Wayne Shorter, Chick Corea, John McLaughlin, Al Jarreau und Dianne Reeves.

Im Mai 2016 unterzeichnete Brönner nach über 15 Jahren beim Plattenlabel Universal einen internationalen Vertrag beim Label Sony Masterworks New York.

Brönner hat einen Wohnsitz in Berlin-Charlottenburg und seit 2013 einen Zweitwohnsitz in Los Angeles. Er ist Vater eines Sohnes.