Velikost medvěda hnědého, nejčastěji měřená tělesnou hmotností, je velmi variabilní a souvisí s rozsahem přístupu k potravě. Proto jsou medvědi, kteří se pohybují v oblastech s přístupem k otvorům, úkrytům a vlhkosti nebo vodě, v průměru větší, zatímco medvědi, kteří se pohybují v uzavřených lesnatých oblastech nebo ve vyprahlých, řídce porostlých oblastech, z nichž obě bývají pro medvěda hnědého suboptimálním potravním prostředím, jsou v průměru menší. Medvěd hnědý v severní Evropě (tj. ve Skandinávii, východní Evropě, západním Rusku), v Yellowstonském národním parku nebo ve vnitrozemí Aljašky váží sezónně v průměru 115 až 360 kg (254 až 794 lb), od průměrné nízké hmotnosti dospělých samic na jaře po průměrnou vysokou hmotnost samců na podzim. Medvědi hnědí z delty Yukonu, vnitrozemí Britské Kolumbie, národního parku Jasper a jižní Evropy (např. Španělsko, Balkán) mohou průměrně vážit od 55 do 175 kg. Tyto hmotnostní rozdíly představují pouze dva široce rozšířené poddruhy, medvěda grizzlyho v Severní Americe a medvěda hnědého euroasijského v Evropě. Vzhledem k nedostatku genetické variability v rámci poddruhů hrají v těchto hmotnostních rozdílech pravděpodobně největší roli podmínky prostředí v dané oblasti.
Velikost grizzlyho je obzvláště variabilní, neboť grizzlyové z největších populací, tj. z vnitrozemí Aljašky, s nejtěžšími hmotnostmi zaznamenanými v Nelčině na Aljašce, jsou u samců téměř třikrát těžší než nejmenší grizzlyové z národního parku Jasper v kanadské Albertě. Mezi pohlavími mají grizzlyové z Nelchiny průměrnou hmotnost kolem 207 kg (456 lb), zatímco grizzlyové z Jasperu měli v průměru asi 74 kg (163 lb). Uzavřený biotop tajgy v Jasperu je pro grizzlye pravděpodobně suboptimálním potravním prostředím, které od nich vyžaduje rozsáhlé výběhy a řídké krmení, což snižuje tělesnou hmotnost a vystavuje medvědy riziku vyhladovění, zatímco na plochách v tundře a prérii jsou zřejmě ideální podmínky pro krmení. I jinde v Albertě byly zaznamenány hmotnosti v průměru více než dvakrát vyšší než u grizzlyů z Jasperu. U medvědů grizzly ze subarktické zóny, od Brooks Range po Mackenzie Mountains, bylo zaznamenáno postupné zmenšování tělesných rozměrů, pravděpodobně proto, že v těchto oblastech je potrava mnohem chudší, ačkoli snad nejseverněji zaznamenaný medvěd grizzly vůbec, v Severozápadních teritoriích, byl velký a zdravý samec o hmotnosti 320 kg, což je více než dvakrát tolik, než váží průměrný samec u polárního kruhu. Údaje z Eurasie podobně ukazují na sníženou tělesnou hmotnost subarktických medvědů hnědých, a to na základě hmotnosti medvědů ze severního Finska a Jakutska.
Délka hlavy a těla u medvěda grizzlyho se pohybuje v průměru od 1,8 do 2,13 m, zatímco u eurasijských medvědů hnědých je to podobně v průměru od 1,7 do 2,1 m (5 stop 7 palců až 6 stop 11 palců). Výška dospělého medvěda v ramenou dosahovala v Yellowstonu v průměru 95,2 cm (u všech medvědů naměřených ve věku pěti a více let), na Slovensku byl medián 98,5 cm (u dospělých medvědů starých pouze 10 a více let). Ve stoje na zadních nohách, což je postoj, který medvěd zaujímá jen příležitostně, se výška typicky velkých medvědů hnědých může údajně pohybovat od 1,83 do 2,75 m (6 ft 0 in až 9 ft 0 in). Výjimečně velké vnitrozemské exempláře byly zaznamenány v několika částech Severní Ameriky, Evropy, Ruska a dokonce i na ostrově Hokkaidó. Největší zaznamenaní grizzlyové z Yellowstonu a státu Washington vážili oba přibližně 500 kg a východoevropští medvědi vážili na Slovensku a v Bulharsku až 400 kg, což je přibližně dvojnásobek průměrné hmotnosti medvědích samců v těchto oblastech. Z poddruhů medvěda grizzlyho a medvěda hnědého euroasijského byly největší údajně zastřelené kusy o hmotnosti 680 kg a 481 kg. Posledně jmenovaný medvěd ze západního Ruska údajně měřil na délku hlavy a těla necelých 2,5 m.
V Eurasii se velikost medvědů zhruba zvyšuje od západu na východ, přičemž největší medvědi tam pocházejí z východního Ruska. I u nominátního poddruhu se velikost zvětšuje ve východních hranicích, přičemž dospělí medvědí samci v Archangelské oblasti a Baškortostánu běžně přesahují 300 kg. Ve vnitrozemských populacích Ruska se mohou vyskytovat další medvědi střední velikosti. Podobně jako u medvěda grizzlyho a medvěda hnědého euroasijského se mohou populace medvěda hnědého ussurijského (U. a. lasiotus) a medvěda hnědého východosibiřského (U. a. collaris) značně lišit ve velikosti. V některých případech se velcí dospělí samci těchto populací mohli velikostí vyrovnat medvědovi kodiakovi. Východosibiřští medvědi hnědí pocházející mimo subarktickou oblast a pevninští ussurijští medvědi hnědí jsou v průměru přibližně stejně velcí jako populace medvěda grizzlyho s největším tělem, tj. populace v podobné zeměpisné šířce na Aljašce, a v průběhu sezón jim byla připisována hmotnost od 100 do 400 kg (220 až 880 liber). Naproti tomu medvědi hnědí ussurijští vyskytující se v ostrovní populaci na ostrově Hokkaidó jsou obvykle poměrně malí, obvykle váží méně než 150 kg (330 lb), což je přesně polovina hmotnosti uváděné u samců medvěda hnědého ussurijského z Chabarovského kraje. To je pravděpodobně způsobeno uzavřeným prostředím smíšených lesů na ostrově Hokkaidó. Podobně zmenšená velikost byla zaznamenána u východosibiřských medvědů hnědých z Jakutska, neboť i dospělí samci váží v průměru kolem 145 kg (320 lb), tedy asi o 40 % méně než průměrná hmotnost samců tohoto podtypu z centrální Sibiře a Čukotského poloostrova.
Podle lineárních rozměrů a průměrné tělesné hmotnosti může o titul nejmenšího podtypu soupeřit několik poddruhů, ačkoli dosud uváděné tělesné hmotnosti těchto medvědů se do značné míry překrývají s tělesnými hmotnostmi populací eurasijských medvědů hnědých a medvědů grizzly s menší tělesnou hmotností. Leopold (1959) popsal dnes již vyhynulého mexického medvěda grizzlyho, který je podle Rausche (1963) nejmenším podtypem medvěda grizzlyho v Severní Americe, i když přesné parametry jeho tělesné velikosti dnes nejsou známy. Medvědi syrského poddruhu (U. a. syriacus) údajně v dospělosti váží kolem 100 až 160 kg (220 až 350 lb). Dalším soupeřem o nejmenší poddruh je medvěd hnědý himálajský (U. a. isabellinus); v Pákistánu dosahuje tento poddruh průměrné hmotnosti kolem 70 kg u samic a 135 kg u samců. Samice medvěda hnědého himálajského byly uváděny s průměrnou délkou hlavy a těla pouhých 1,4 m (4 ft 7 in). Medvědi hnědí z kompaktní populace v poušti Gobi, která se v posledních desetiletích obvykle neuvádí jako samostatný poddruh, váží mezi pohlavími přibližně 90 až 138 kg (198 až 304 lb), jsou tedy hmotnostně podobní medvědům z Himálaje a dokonce těžší než grizzlyové z národního parku Jasper. Uvádí se však, že medvěd gobi měří na délku hlavy a těla až 1 m, což by z něj v případě přesnosti činilo nejmenšího známého medvěda hnědého v lineárních rozměrech. Tyto nejmenší poddruhy medvěda hnědého se charakteristicky vyskytují v biotopech typu „sudová půda“, tj. v subpoušti u medvědů syrského poddruhu a poddruhu Gobi a na suchých alpských loukách u himálajských hnědých medvědů.
Největší poddruhy jsou medvěd kodiak (U. a. middendorffi) a pochybně odlišný medvěd obrovský poloostrovní nebo medvěd hnědý pobřežní (U. a. gyas). Také vyhynulý kalifornský medvěd grizzly (U. a. californicus) byl poměrně velký. Typická samice medvěda kodiaka se po dosažení pohlavní dospělosti může pohybovat v rozmezí tělesné hmotnosti od 120 do 318 kg (265 až 701 lb) a samci od pohlavní dospělosti od 168 do 675 kg (370 až 1488 lb). Podle Guinnessovy knihy rekordů měří průměrný samec medvěda kodiaka 2,44 m na celkovou délku (od hlavy k ocasu) a má výšku v ramenou 1,33 m (4 stopy 4 palce). Při zprůměrování jejich jarní nejnižší a podzimní nejvyšší hmotnosti z obou lokalit vážili samci z ostrova Kodiak a pobřeží Aljašky od 312 do 389 kg (688 až 858 lb) s průměrnou tělesnou hmotností 357 kg (787 lb), zatímco stejné údaje u samic byly 202 až 256 kg (445 až 564 lb) s průměrnou tělesnou hmotností 224 kg (494 lb). V době, kdy samci medvěda kodiaka dosáhnou věku osmi až devíti let nebo jej překročí, bývají mnohem větší než čerstvě dospělí šestiletí samci a jejich průměrná hmotnost se může během tří let ztrojnásobit, přičemž lze očekávat, že jejich průměrná hmotnost se bude pohybovat mezi 360 a 545 kg (794 až 1202 lb). Uváděné průměrné tělesné hmotnosti dospělých jedinců obou pohlaví medvěda ledního jsou velmi podobné jako u medvěda obrovského z poloostrova a medvěda kodiaka. Vzhledem k přibližně odpovídajícím tělesným rozměrům lze oba podtypy i druh oprávněně považovat za největšího žijícího zástupce čeledi medvědovitých (Ursidae) a největší žijící suchozemské šelmy. Největší obecně uznávaná velikost volně žijícího medvěda kodiaka, stejně jako medvěda hnědého, se týká medvěda zabitého v Anglické zátoce na ostrově Kodiak na podzim roku 1894, neboť u tohoto medvěda bylo provedeno několik měření, včetně tělesné hmotnosti 751 kg, a zadní noha a lebka z voucheru byly prozkoumány a ověřeny Guinnessovou knihou rekordů. Objevují se tvrzení o větších medvědech hnědých, ale zdá se, že jsou špatně zdokumentovaná a neověřená, a některá, i když jsou uváděna renomovanými autory, mohou být pochybnými tvrzeními lovců.
Největším druhem medvěda hnědého z Eurasie je medvěd hnědý kamčatský (U. a. beringianus). U kamčatských medvědů hnědých z minulých desetiletí je známo, že staří samci dosahují na podzim tělesné hmotnosti 500-685 kg, což tento subtyp řadí do velikosti medvěda kodiaka a vede k tomu, že je považován za největší z dochovaných ruských subtypů. Bylo však zaznamenáno zmenšování tělesné velikosti medvěda U. a. berigianus, které pravděpodobně souvisí s nadměrným lovem. V 60. a 70. letech 20. století vážila většina dospělých kamčatských medvědů hnědých pouhých 150 až 285 kg (331 až 628 lb), v roce 2005 však byla uváděna průměrná hmotnost dospělých samců 350 až 450 kg (770 až 990 lb).
.