Brunbjørnens størrelse, der oftest måles i kropsmasse, er meget varierende og hænger sammen med omfanget af adgang til føde. Derfor er bjørne, der færdes i områder med adgang til åbninger, dækning og fugt eller vand, i gennemsnit større, mens de bjørne, der færdes i lukkede skovområder eller tørre, sparsomt bevoksede områder, som begge har tendens til at være suboptimale fødesøgningshabitater for brune bjørne, i gennemsnit er mindre. Den brune bjørn i Nordeuropa (dvs. Skandinavien, Østeuropa og det vestlige Rusland), Yellowstone National Park og det indre Alaska vejer i gennemsnit mellem 115 og 360 kg, fra den gennemsnitlige lave vægt for voksne hunner i foråret til den gennemsnitlige høje vægt for hanbjørne i efteråret. Brunbjørne fra Yukon-deltaet, det indre af British Columbia, Jasper National Park og Sydeuropa (dvs. Spanien og Balkan) kan i gennemsnit veje fra 55 til 175 kg. Disse massevariationer repræsenterer kun to vidt udbredte underarter, nemlig grizzlybjørnen i Nordamerika og den eurasiske brune bjørn i Europa. På grund af den manglende genetiske variation inden for underarterne spiller miljøforholdene i et givet område sandsynligvis den største rolle for sådanne vægtvariationer.
Grizzlyen er særlig variabel i størrelse, idet grizzlyer fra de største populationer, dvs. det indre Alaska, med de tungeste vægte registreret i Nelchina, Alaska, næsten tre gange tungere hos hannerne end de mindste grizzlyer fra Alberta, Canadas Jasper National Park. Mellem kønnene vejer grizzlyerne fra Nelchina i gennemsnit ca. 207 kg, hvorimod grizzlyerne fra Jasper i gennemsnit vejer ca. 74 kg. Den lukkede taiga i Jasper er formentlig et suboptimalt fødesøgningshabitat for grizzlyer, da den kræver, at de bevæger sig vidt omkring og sparsomt fodrer, hvilket reducerer kropsvægten og bringer bjørnene i fare for at sulte, mens områder på tundraen og prærien tilsyneladende er ideelle til at fodre på. Selv andre steder i Alberta er der blevet registreret vægte, der i gennemsnit er mere end dobbelt så store som Jasper-grizzlyernes. Der er konstateret en gradvis aftagende kropsstørrelse hos grizzlybjørne fra den subarktiske zone, fra Brooks Range til Mackenzie Mountains, formentlig fordi føden bliver meget mindre i sådanne områder, selv om den måske nordligste registrerede grizzlybjørn nogensinde, i Northwest Territories, var en stor og sund han, der vejede 320 kg (710 lb), mere end dobbelt så meget som en gennemsnitlig han, der vejer nær polarcirklen. Data fra Eurasien viser på samme måde en formindsket kropsmasse hos subarktiske brune bjørne, baseret på vægten af bjørne fra det nordlige Finland og Yakutia.
Hoved- og kropslængde hos grizzlybjørne er i gennemsnit fra 1,8 til 2,13 m (5 ft 11 in til 7 ft 0 in), mens den hos eurasiske brune bjørne på samme måde er i gennemsnit fra 1,7 til 2,1 m (5 ft 7 in til 6 ft 11 in). Skulderhøjden hos voksne var i gennemsnit 95,2 cm (3 ft 1 in) i Yellowstone (for alle bjørne, der blev målt fem eller flere år gamle) og en median på 98,5 cm (3 ft 3 in) (for voksne bjørne, der kun var 10 eller flere år gamle) i Slovakiet. Stående på bagbenene, en stilling, der kun indtages lejlighedsvis, kan brune bjørne af typisk størrelse angiveligt have en stående højde på mellem 1,83 og 2,75 m (6 ft 0 in og 9 ft 0 in). Der er rapporteret om usædvanligt store eksemplarer fra indlandet i flere dele af Nordamerika, Europa, Rusland og endog Hokkaido. De største registrerede grizzlyer fra Yellowstone og Washington State vejede begge omkring 500 kg, og østeuropæiske bjørne er blevet vejet i Slovakiet og Bulgarien på op til 400 kg, hvilket er omkring det dobbelte af gennemsnitsvægten for hanbjørne i disse regioner. Blandt underarterne grizzlybjørn og eurasisk brunbjørn er de største, der angiveligt er skudt fra hver art, henholdsvis 680 kg og 481 kg. Sidstnævnte bjørn fra det vestlige Rusland målte angiveligt lige under 2,5 m i hoved- og kropslængde.
I Eurasien stiger bjørnenes størrelse nogenlunde fra vest mod øst, og de største bjørne er hjemmehørende i det østlige Rusland. Selv hos den nominerede underart stiger størrelsen ved de østlige grænser, med voksne hanbjørne i Arkhangelsk Oblast og Bashkortostan, der almindeligvis overstiger 300 kg. Andre bjørne af mellemstørrelse kan forekomme i indlandspopulationer i Rusland. I lighed med grizzlybjørnen og den eurasiske brune bjørn kan populationerne af Ussuri-brune bjørn (U. a. lasiotus) og den østsibiriske brune bjørn (U. a. collaris) variere meget i størrelse. I nogle tilfælde kan de store voksne hanner i disse populationer have matchet Kodiakbjørnen i størrelse. Østsibiriske brune bjørne uden for det subarktiske område og Ussuri-brune bjørne fra fastlandet har i gennemsnit nogenlunde samme størrelse som de størstebrystede populationer af grizzlybjørne, dvs. dem på samme breddegrad i Alaska, og de er blevet tilskrevet en vægt på mellem 100 og 400 kg (220 og 880 lb) i løbet af sæsonerne. På den anden side er de Ussuri-brune bjørne, der findes i ø-populationen på Hokkaido, normalt ret små og vejer normalt mindre end 150 kg (330 lb), hvilket er præcis halvdelen af den vægt, der er rapporteret for Ussuri-brune bjørnehanner fra Khabarovsk Krai. Dette skyldes formodentlig det lukkede habitat med blandet skov på Hokkaido. En tilsvarende formindsket størrelse er blevet rapporteret hos østsibiriske brune bjørne fra Yakutia, da selv voksne hanner i gennemsnit vejer omkring 145 kg (320 lb), dvs. ca. 40 % mindre end gennemsnitsvægten for hanbjørne af denne undertype fra det centrale Sibirien og den tjetjekkiske halvø.
Med hensyn til lineære mål og gennemsnitlig kropsmasse kan flere underarter konkurrere om titlen som den mindste undertype, selv om deres rapporterede kropsmasse indtil videre stort set overlapper med dem hos de mindre kropslige populationer af eurasiske brune bjørne og grizzlybjørne. Leopold (1959) beskrev den nu uddøde mexicanske grizzlybjørn, der ifølge Rausch (1963) var den mindste undertype af grizzlybjørn i Nordamerika, selv om de nøjagtige parametre for dens kropsstørrelse ikke er kendt i dag. Bjørne af den syriske underart (U. a. syriacus) vil angiveligt veje omkring 100 til 160 kg (220 til 350 lb) i voksenalderen. Den brune bjørn fra Himalaya (U. a. isabellinus) er en anden konkurrent om den mindste underart; i Pakistan vejer denne underart i gennemsnit ca. 70 kg hos hunner og 135 kg hos hanner. Himalayabrune bjørnehunner blev nævnt med en gennemsnitlig hoved- og kropslængde på blot 1,4 m (4 ft 7 in). Brunbjørne fra den kompakte population i Gobiørkenen, som normalt ikke er opført som en særskilt underart i de seneste årtier, vejer omkring 90 til 138 kg mellem kønnene, så de ligner i vægt bjørne fra Himalaya og er endda tungere end grizzlyer fra Jasper National Park. Gobi-bjørnen er dog blevet rapporteret til at måle så lidt som 1 m i hoved- og kropslængde, hvilket, hvis det er korrekt, ville gøre den til den mindste kendte brune bjørn i lineære dimensioner. Disse mindste brune bjørneundertyper findes karakteristisk nok i levesteder af typen “barren-jord”, dvs. sub-ørken hos bjørnene fra den syriske underart og Gobiundertypen og tørre alpine enge hos de brune bjørne fra Himalaya.
De største underarter er Kodiakbjørnen (U. a. middendorffi) og den tvivlsomt adskilte peninsulære kæmpebjørn eller kystbrune bjørn (U. a. gyas). Også den uddøde californiske grizzlybjørn (U. a. californicus) var ret stor. Når den typiske Kodiakbjørnehun er udvokset, kan kropsvægten svinge fra 120 til 318 kg (265 til 701 lb), og fra kønsmodningen og fremefter svinger hannerne fra 168 til 675 kg (370 til 1.488 lb). Ifølge Guinness Book of World Records er den gennemsnitlige Kodiakbjørnehan 2,44 m lang (fra hoved til hale) og har en skulderhøjde på 1,33 m. Når man beregner gennemsnittet af forårets laveste og efterårets højeste vægt fra begge lokaliteter, vejede hannerne fra Kodiak-øen og Alaskas kystområde mellem 312 og 389 kg med en gennemsnitlig kropsmasse på 357 kg, mens de samme tal for hunnerne var 202 til 256 kg med en gennemsnitlig kropsmasse på 224 kg. Når de bliver otte til ni år gamle eller mere, er Kodiakbjørnehanner normalt meget større end nyligt modne seksårige hanner og kan potentielt tredoble deres gennemsnitsvægt inden for tre år, og de kan forvente at opnå en gennemsnitlig vægt på mellem 360 og 545 kg (794 og 1 202 lb). De rapporterede gennemsnitlige voksne kropsmasser for begge køn af isbjørnen er meget lig med halvøens kæmpe- og Kodiakbjørne. På grund af deres nogenlunde tilsvarende kropsstørrelser kan de to undertyper og arten begge med rette betragtes som det største nulevende medlem af bjørnefamilien Ursidae og de største udlevende landlevende kødædere. Den største almindeligt accepterede størrelse for en vild Kodiakbjørn samt for en brun bjørn var for en bjørn, der blev dræbt i English Bay på Kodiak Island i efteråret 1894, da der blev foretaget flere målinger af denne bjørn, herunder en kropsmasse på 751 kg, og en bagfod og et kranie blev undersøgt og bekræftet af Guinness Book of World Records. Der er blevet fremsat påstande om større brune bjørne, men disse synes at være dårligt dokumenterede og ubekræftede, og nogle, selv om de er gengivet af velrenommerede forfattere, kan være tvivlsomme påstande fra jægere.
Den største sort af brune bjørne fra Eurasien er den kamchatkanske brune bjørn (U. a. beringianus). Hos Kamchatkan-brune bjørne fra de seneste årtier har gamle hanner været kendt for at nå en kropsmasse på 500-685 kg (1.102-1.510 lb) om efteråret, hvilket placerer undertypen et godt stykke inden for Kodiakbjørnestørrelser og får den til at blive betragtet som den største af de eksisterende russiske undertyper. Der er dog blevet konstateret en nedgang i kropsstørrelsen hos U. a. berigianus, hvilket sandsynligvis hænger sammen med overjagt. I 1960’erne og 1970’erne vejede de fleste voksne brune bjørne fra Kamchatkan blot mellem 150 og 285 kg (331 og 628 lb); men gennemsnitsvægten af voksne hanbjørne er blevet rapporteret som værende i gennemsnit 350 til 450 kg (770 til 990 lb) i 2005.