Brunbjörnens storlek, som oftast mäts i kroppsmassa, är mycket varierande och korrelerar med tillgången på föda. Därför är björnar som rör sig i områden med tillgång till öppningar, skydd och fukt eller vatten i genomsnitt större, medan de björnar som rör sig i slutna skogsområden eller torra, glest bevuxna områden, som båda tenderar att vara suboptimala födosökshabitat för brunbjörnar, i genomsnitt är mindre. Brunbjörnen i norra Europa (dvs. Skandinavien, östra Europa, västra Ryssland), Yellowstone National Park eller Alaska väger i genomsnitt mellan 115 och 360 kg, från låga medelvikter för vuxna honor på våren till höga medelvikter för hanbjörnar på hösten. Brunbjörnar från Yukon Delta, inre British Columbia, Jasper National Park och södra Europa (dvs. Spanien och Balkan) kan i genomsnitt väga mellan 55 och 175 kg. Dessa viktvariationer representerar endast två utbredda underarter, grizzlybjörnen i Nordamerika och den eurasiska brunbjörnen i Europa. På grund av bristen på genetisk variation inom underarterna är det troligen miljöförhållandena i ett visst område som spelar störst roll för sådana viktvariationer.
Grizzlybjörnen är särskilt varierande i storlek, eftersom grizzlybjörnar från de största populationerna, dvs. inre Alaska, med de tyngsta vikterna som registrerats i Nelchina, Alaska, är nästan tre gånger tyngre hos hanarna än de minsta grizzlybjörnarna från Alberta, Kanadas Jasper National Park. Mellan könen har grizzlyerna i Nelchina ett genomsnitt på cirka 207 kg, medan grizzlyerna i Jasper hade ett genomsnitt på cirka 74 kg. Den slutna taigan i Jasper är förmodligen en suboptimal födosöksmiljö för grizzlyer, vilket innebär att de måste röra sig långt och äta sparsamt, vilket minskar kroppsvikten och gör att björnarna riskerar att svälta, medan ytorna på tundran och prärien uppenbarligen är idealiska för födosök. Även på andra håll i Alberta har man registrerat vikter som i genomsnitt är mer än dubbelt så tunga som hos Jaspers grizzlies. En gradvis minskning av kroppsstorleken noteras hos grizzlybjörnar från den subarktiska zonen, från Brooks Range till Mackenzie Mountains, förmodligen på grund av att födan blir mycket glesare i sådana regioner, även om den kanske nordligaste registrerade grizzlybjörnen någonsin, i Nordvästterritorierna, var en stor och frisk hane som vägde 320 kg, mer än dubbelt så mycket som en genomsnittlig hane väger nära polcirkeln. Uppgifter från Eurasien visar på liknande sätt på en minskad kroppsmassa hos subarktiska brunbjörnar, baserat på vikterna hos björnar från norra Finland och Jakutien.
Huvud- och kroppslängden hos grizzlybjörnar ligger i genomsnitt på 1,8 till 2,13 m medan den hos eurasiska brunbjörnar på liknande sätt ligger i genomsnitt på 1,7 till 2,1 m. Den vuxna axelhöjden var i genomsnitt 95,2 cm i Yellowstone (för alla björnar som mättes fem år eller äldre) och i median 98,5 cm (för vuxna björnar som bara var 10 år eller äldre) i Slovakien. När brunbjörnen står på bakbenen, en ställning som den bara intar ibland, kan den typiska storleken på brunbjörnen enligt uppgift variera från 1,83 till 2,75 m i ståhöjd. Exceptionellt stora exemplar i inlandet har rapporterats i flera delar av Nordamerika, Europa, Ryssland och till och med Hokkaido. De största registrerade grizzlybjörnarna från Yellowstone och Washington State vägde båda cirka 500 kg och östeuropeiska björnar har i Slovakien och Bulgarien vägts upp till 400 kg, vilket är ungefär dubbelt så mycket som genomsnittsvikten för hanbjörnar i dessa regioner. Bland underarterna grizzlybjörn och brunbjörn i Eurasien är de största som enligt uppgift har skjutits från var och en av dem 680 kg respektive 481 kg. Den sistnämnda björnen, från västra Ryssland, uppges ha mätt knappt 2,5 m i huvud- och kroppslängd.
I Eurasien ökar storleken på björnarna i stort sett från väst till öst, och de största björnarna där är inhemska i östra Ryssland. Även hos den nominerade underarten ökar storleken i de östra gränserna, med vuxna hanbjörnar i Arkhangelsk Oblast och Bashkortostan som vanligen överstiger 300 kg. Andra björnar av mellanstorlek kan förekomma i populationer i Rysslands inland. I likhet med grizzlybjörnen och den eurasiska brunbjörnen kan populationerna av Ussuribjörn (U. a. lasiotus) och östsibirisk brunbjörn (U. a. collaris) variera kraftigt i storlek. I vissa fall kan de stora vuxna hanarna i dessa populationer ha motsvarat Kodiakbjörnen i storlek. Östsibiriska brunbjörnar utanför det subarktiska området och Ussuriska brunbjörnar på fastlandet är i genomsnitt ungefär lika stora som de mest kroppsrika populationerna av grizzlybjörnar, dvs. de som befinner sig på liknande latitud i Alaska, och de har under hela säsongerna fått en vikt på 100-400 kg (220-880 lb). Å andra sidan är de ussuribrunbjörnar som finns i den öländska populationen på Hokkaido vanligtvis ganska små och väger vanligen mindre än 150 kg, vilket är exakt hälften av den vikt som rapporterats för hanar av ussuribrunbjörnar från Khabarovsk Krai. Detta beror förmodligen på Hokkaidos slutna livsmiljö med blandskog. En liknande minskad storlek har rapporterats hos östsibiriska brunbjörnar från Yakutia, eftersom även vuxna hanar i genomsnitt väger omkring 145 kg, dvs. cirka 40 % mindre än genomsnittsvikten hos hanar av denna undertyp från centrala Sibirien och den tschuktjiska halvön.
I fråga om linjära mått och genomsnittlig kroppsmassa kan flera underarter tävla om titeln minsta undertyp, även om deras rapporterade kroppsmassa hittills i stort sett överlappar med de mindre kroppsliga populationerna av eurasiska brunbjörnar och grizzlybjörnar. Leopold (1959) beskrev den numera utdöda mexikanska grizzlybjörnen som enligt Rausch (1963) var den minsta underarten av grizzlybjörn i Nordamerika, även om de exakta parametrarna för dess kroppsstorlek inte är kända idag. Björnar av den syriska underarten (U. a. syriacus) ska enligt uppgift väga omkring 100-160 kg i vuxen ålder. Himalayabjörn (U. a. isabellinus) är en annan rival om den minsta underarten; i Pakistan väger denna underart i genomsnitt cirka 70 kg hos honor och 135 kg hos hanar. Himalayabjörnhonor angavs ha en genomsnittlig huvud- och kroppslängd på endast 1,4 meter. Brunbjörnar från den kompakta populationen i Gobiöknen, som under de senaste decennierna vanligtvis inte har listats som en distinkt underart, väger omkring 90-138 kg mellan könen, vilket innebär att de är lika tunga som björnar från Himalaya och till och med tyngre än grizzlybjörnar från Jaspers nationalpark. Gobi-björnen har dock rapporterats mäta så lite som 1 m i huvud- och kroppslängd, vilket, om det stämmer, skulle göra den till den minsta kända brunbjörnen i linjära dimensioner. Dessa minsta undertyper av brunbjörnar finns typiskt sett i livsmiljöer av typen ”barren ground”, dvs. suböken hos björnar från den syriska underarten och undertypen Gobi och torra alpina ängar hos brunbjörnar från Himalaya.
De största underarterna är kodiakbjörnen (U. a. middendorffi) och den tveksamt distinkta peninsulära jättebjörnen eller kustbruna björnen (U. a. gyas). Även den utdöda kaliforniska grizzlybjörnen (U. a. californicus) var ganska stor. När den typiska honan av en Kodiakbjörn är könsmogen kan kroppsmassan variera mellan 120 och 318 kg, och från könsmognad och framåt varierar hanarna mellan 168 och 675 kg. Enligt Guinness Book of World Records är den genomsnittliga hanen av Kodiakbjörn 2,44 m lång (från huvud till svans) och har en axelhöjd på 1,33 m. När man räknar ut medelvärdet av de låga vikterna på våren och de höga vikterna på hösten från båda platserna, vägde hanarna från Kodiakön och den kustnära delen av Alaska mellan 312 och 389 kg med en genomsnittlig kroppsmassa på 357 kg, medan samma siffror för honorna var 202-256 kg med en genomsnittlig kroppsmassa på 224 kg. När de når eller överskrider åtta till nio års ålder tenderar hanar av Kodiakbjörn att vara mycket större än nyligen mogna sexåriga hanar, och kan potentiellt tredubbla sin genomsnittliga vikt inom tre år, och kan förvänta sig att i genomsnitt väga mellan 360 och 545 kg. De rapporterade genomsnittliga vuxna kroppsmassorna för båda könen av isbjörnen är mycket lika de för jättebjörnen från halvön och Kodiakbjörnen. På grund av deras ungefär motsvarande kroppsstorlekar kan både de två undertyperna och arten med rätta betraktas som den största levande medlemmen av björnfamiljen Ursidae och de största bevarade landlevande rovdjuren. Den största allmänt accepterade storleken för en vild Kodiakbjörn, liksom för en brunbjörn, var för en björn som dödades i English Bay på Kodiak Island hösten 1894, eftersom flera mätningar gjordes av denna björn, bland annat en kroppsmassa på 751 kg, och en bakfot och ett kranium undersöktes och verifierades av Guinness Book of World Records. Det har gjorts påståenden om större brunbjörnar, men dessa verkar vara dåligt dokumenterade och obekräftade och vissa, även om de återges av välrenommerade författare, kan vara tvivelaktiga jägares påståenden.
Den största sorten av brunbjörn från Eurasien är Kamtjatskans brunbjörn (U. a. beringianus). Hos de kamchatkaniska brunbjörnarna från de senaste decennierna har gamla hanar varit kända för att nå en kroppsmassa på 500-685 kg på hösten, vilket placerar undertypen väl i nivå med Kodiakbjörnens storlek och leder till att den anses vara den största av de existerande ryska undertyperna. En minskning av kroppsstorleken hos U. a. berigianus har dock noterats, troligen i samband med överjakt. På 1960- och 1970-talen vägde de flesta vuxna brunbjörnar i Kamtjatkan bara mellan 150 och 285 kg. 2005 rapporterades dock att medelvikten för vuxna hanar var i genomsnitt 350-450 kg.
.