Родился в Зулове (польск. Zu??w, лит. Zalavas) под Вильной в патриотической семье. Отец во время восстания 1863 года был комиссаром Национального правительства («Жонд народовы») в ковенском уезде, мать Мария Биллевич из известного литовского рода. С 1874 семья жила в Вильне. С 1877 учился в виленской гимназии, располагавшейся в здании закрытого Виленского университета. Вместе с братом Юзефом Пилсудским в 1882 основал патриотический кружок самообразования Sp?jnia, занимавшийся доставкой из Варшавы польских книг, в том числе социалистических и естественнонаучных изданий.
В 1886 выехал в Санкт-Петербург и поступил на юридический факультет университета. Участвовал в подготовке Народной волей покушения на императора Александра III в 1887 (см. Террористическая фракция партии Народная воля). Был, как и Александр Ульянов и ряд других) осуждён на смертную казнь, но помилован и приговорён на 15 лет каторжных работ на Сахалине.
В 1896 Пилсудский был отправлен на юг Сахалина для создания метеорологических станций на посту Корсаковский и селении Галкино-Враское (современный Долинск), а также для пополнения этнографических материалов об айнах.
На Сахалине познакомился с Эдмундом Плосским и в 1891 с известным этнографом Л. Я. Штернбергом, пребывавшим в ссылке. Вместе с ним изучал сахалинских нивхов, записывал нивхский фольклор, собирал этнографическую коллекцию.
После 10 лет каторги был переведён в разряд ссыльно-поселенцев (1897). C 1898 работал в Владивостоке в музее Общества изучения Амурского края.
В 1903 году Б. Пилсудский был награжден малой серебряной медалью Русского Географического общества «за труды на пользу науке» и при поддержке общества совершает поездку на остров Иессо (современное название Хоккайдо) совместно с В. Серошевским.
В 1902—1905 по поручению Академии наук на Сахалине занимался изучением айнов, нивхов, ороков — среди прочего производил уникальные записи на восковых валиках песен и речи айнов, составил словари (свыше 10 тысяч слов айнского языка, 6 тысяч нивхского языка), запечатлел на фотографиях типы аборигенов.
Через Японию и США вернулся в Польшу в 1905; обосновался в Кракове. После начала Первой мировой войны выехал в Швейцарию. В конце 1917 переехал в Париж, где в 1918 утонул в Сене. Современники полагали, что он покончил с собой.
Все потомки сына и дочери Бронислава Пилсудского сегодня живут в Японии и являются японскими гражданами. Поскольку у Юзефа Пилсудского были только дочери, то единственным прямым потомком по отцовской линии всей семьи Пилсудских является Бронислав, который живет в Иокогаме.
В 1946 году именем Бронислава Пилсудского названа гора на острове Сахалин в южном отроге хребта Шренка (Западно-Сахалинские горы, Долинский район, высота над уровнем моря 419,2 м,47.3975, 142.515556). На старых японских картах эта гора называлась Рюгасэ или Тацугасэ-яма (яп. ????, Гора Драконья стремнина).
В 1991 году у здания областного музея Сахалина в честь его 125-летия был открыт памятник. На торжествах при открытии памятника присутствовали члены айнской семьи Пилсудского.
С 1998 года на Сахалине выходят Известия института наследия Бронислава Пилсудского.
В 2002 году в серии «Поляки мира» почта Польши выпустила марку в память Бронислава Пилсудского номиналом в 2 злотых.
В 2008 году Польский банк выпустил в обращение памятные монеты 2 злотых и 10 злотых.