En 1963, Pierce Brosnan s'installe avec sa famille à Londres, où après trois ans de cours au Drama Centre, il s'essaie au théâtre d'abord comme régisseur puis comme comédien. Ses performances d'acteur sont remarquées, il passe au cinéma en jouant un petit rôle dans le polar Racket (1980). La consécration, il la doit à son personnage de détective privé dans la série télévisée Les Enquêtes de Remington Steele (1982 - 1987). Parallèlement à de nombreux téléfilms, il apparaît en tête d'affiche des thrillers Nomads (1986) de John McTiernan et Le Quatrième protocole (1987). Encore sous contrat pour la télévision, il décline l'offre du producteur Albert R. Broccoli qui lui propose de reprendre le rôle de James Bond. En 1990, Pierce Brosnan trouve en Mister Johnson son premier rôle tout en nuances, puis séduit tour à tour Sally Field dans Madame Doubtfire et Annette Bening dans Love affair.En 1994, le smoking de l'agent 007 est laissé à l'abandon et Albert R. Broccoli donne une seconde chance au comédien qui ne s'y attendait pas. Ce dernier prolonge ainsi la célèbre saga d'espionnage avec quatre épisodes à succès : GoldenEye (1995), Demain ne meurt jamais (1997), Le Monde ne suffit pas (1999) et Meurs un autre jour (2002).Propulsée contre toute attente au rang de star, cette gueule d'amour se permet de camper des personnages éloignés du héros de Ian Fleming : un drôle de savant dans Mars attacks ! (1997), un oncle irlandais dans Le Neveu (id.), un drame qu'il produit via sa société Irish Dream Time Inc., un agent trouble dans Le Tailleur de Panama (2001), un père qui tente d'obtenir la garde de sa fille dans Evelyn (2003) ou encore un avocat dont le couple est à la dérive dans Une affaire de coeur (2004). Mais ses personnages de risque-tout séducteur ne sont jamais loin, comme en témoignent ses prestations dans Thomas Crown (1999) et Coup d'éclat (2004), deux films où il interprète un as de la cambriole et The Matador (2005), film qu'il produit et où il campe un tueur à gages cynique et alcoolique. A l'affiche du drame amoureux Married Life et du thriller Le Chantage, il s'amuse à chanter des chansons du groupe Abba dans Mamma Mia !. En 2010, Pierce Brosnan incarne le Premier Ministre britannique dans le thriller The Ghost Writer, réalisé par Roman Polanski. La même année, il joue le père distant de Robert Pattinson dans Remember Me.
Dès 2011, l'acteur tend à privilégier les comédies, à l'instar de Mais comment font les femmes ?, Love is all you need (2012), Le dernier pub avant la fin du monde (2013) et Duo d'escrocs (2014). Ce qui ne l'empêche pas, à la soixantaine passée, de reprendre du service au rayon action comme en témoignent ses prestations physiques dans The November Man et No Escape.