Дэвисон родился в Филадельфии, штат Пенсильвания, окончил в 1964 году в среднюю школу Марпл Ньютаун, сын секретарши Мэриан И. (урождённая Холмс), и Клэра В. Дэвисона — музыканта, архитектора и чертёжника для армии инженеров. Родители Дэвисона развелись, когда ему было три года. Он был воспитан матерью, а также проводил выходные с отцом. Дэвисон случайно поступил в университет штата Пенсильвания, когда он сопровождал друг на прослушивание.
Брюс Дэвисон женился на Мишель Корри 30 апреля 2006 года, у них две дочери, одна из них, София Люсинда Дэвисон, родилась 29 мая 2006 года. От предыдущего брака с актрисой Лизой Пеликан, Дэвисон имеет сына, Итана, который родился 5 апреля 1996 года. Они живут в Лос-Анджелесе.
Дэвисон начал свою карьеру в конце 60-х годов. В начале своей карьеры он играл на Бродвее, где снялся в таких постановках, как: «The Trojan War Will Not Take Place» 1968 года, «The Elephant Man», где он сыграл Джона Меррика, «The Glass Menagerie», а также во многих других. Его дебют в кино состоялся в фильме 1969 года «Последний ужин», где он сыграл одну из главных ролей. После, Дэвисон начинал играть в более известных картинах, которые принесли ему широкую известность. Среди них: «Уиллард», «Шесть рубежей отдаления», «Лекарство», «Это моя вечеринка», «Способный ученик», «Вердикт за деньги», а также «Люди Икс» и его сиквел «Люди Икс 2». Он также появился в сериалах «Терминатор: Битва за будущее» и «Остаться в живых». В общей сложности Дэвисон снялся более чем в 150-ти фильмах и сериалах.