Децим Брут был дальним родственником Юлия Цезаря. Его отцом был консул 77 года до н. э. Децим Юний Брут, матерью — Семпрония Тудитания. Децим Брут был усыновлён Авлом Постумием Альбином, однако, сохранил своё родовое имя, добавив к нему только когномен Альбин.
Децим Брут был легатом Цезаря во время Галльской войны. В ходе войны с венетами был назначен командующим флота. В морском сражением при Морбиане римский флот под его командованием разгромил флот венетов. С помощью серповидных крюков на длинных шестах римляне разрывали канаты, удерживавшие реи вражеских кораблей. После этого, судно, лишённое парусов, не могло двигаться, и римляне с легкостью брали его на абордаж.
Децим Брут воевал под командованием Цезаря также и во время Гражданской войны, в ходе которой на него снова были возложены функции флотоводца. Для того, чтобы отрезать Помпея от его легионов в Испании, Цезарь приказал Дециму Бруту организовать морскую блокаду греческой колонии Массилии (ныне Марсель). В течение 30 дней Децим Брут построил с нуля флот и обеспечил капитуляцию Массилии.
Когда Цезарь вернулся в Рим после окончательной победы над республиканцами в битве при Мунде, Децим Брут вступил против него в заговор, организованный Марком Юнием Брутом. Тем не менее, Цезарь продолжал доверять Дециму Бруту и даже упомянул его в своём завещании.
В 44 году до н. э. Децим Брут получил должность претора и в этом же году был назначен наместником Цизальпинской Галлии.
В мартовские иды (15 марта) Цезарь решил не посещать заседания сената из-за обеспокоенности его жены Кальпурнии. Однако, Децим Брут убедил его идти, невзирая на беспкойство Кальпурнии. Когда Цезарь прибыл в театр Помпея на заседание римского сената, Децим и группа заговорщиков напали на него и убили. Децим Брут третьим нанёс удар Цезарю, ранив его в бок.
На следующий день убийцы Цезаря были прощены сенатом по инициативе Марка Антония. Однако, жители Рима и легионеры Цезаря требовали, чтобы заговорщики были наказаны. Заговорщики решили переждать время. Поэтому Децим Брут воспользовался своей должностью претора, чтобы быть подальше от Рима. Вскоре ситуация изменилась и заговорщики стали ощущать опасность для своей жизни. В начале 43 года до н. э. Децим Брут поспешил в Цизальпинскую Галлию и там стал набирать войска. Децим получил приказ от Сената сдать провинцию Марку Антонию, но он ему не подчинился. Это была провокация, на которую Антоний поспешил ответить. В ситуации Антония, который стоял на краю гибели, а также был не в почёте среди народа, победа над Децимом Брутом означала возврат доминирующего положения и установление контроля над стратегически важной провинцией.
В 43 году до н. э. Децим Брут занял Мутину, которая могла выдержать длительную осаду. Антоний блокировал силы Децима Брута в намерении истощить их голодом.
Тем не менее, консулы того года Авл Гирций и Гай Вибий Панса Цетрониан прошли с севера, чтобы снять осаду. Сенат, вдохновленный Цицероном, объявил Антония врагом и приказал консулам его атаковать. Девятнадцатилетний наследник Цезаря Октавиан, получивший должность пропретора, сопровождал Гая Пансу на севере. Первое столкновение произошло 14 апреля в битве при Форум Галлоруме. В результате битвы Антоний разбил силы Октавиана и Гая Пансы, который получил смертельные раны. Тем не менее 21 апреля в битве при Мутине Антоний потерпел поражение. В ходе битвы погиб Аул Гирций. После этого сражения Антоний отступил.
После того, как осада была снята, Децим Брут сдержанно отблагодарил Октавиана за спасение. Децим Брут получил приказ вести войну против Антония, но большинство его солдат перешли на сторону Октавиана. Его положение ухудшалось с каждым днём, поэтому Децим Брут покинул Италию, оставив свои легионы. Он пытался добраться до Македонии, где находились Марк Юний Брут и Гай Кассий Лонгин, но был пленен секванами и убит по приказу Марка Антония.
После него остались несколько писем, написанных Цицерону в последние два года жизни.
В пьесе Шекспира Юлий Цезарь Децим Брут ошибочно назван Децием.