Brocēnu vietvārds, iespējams, saistāms ar uz ziemeļiem agrāk pastāvējušo Brocēnu muižu (pusmuižu, Brozen), kura agrāk atradās mūsdienu Brocenmuižas ciema vietā.[3]
1927. gadā tika atklāta Brocēnu dzelzceļa stacija. 1930. gadā Kuldīgas apriņķa Brocēnu un Cieceres pagastus apvienoja un nosauca par Brocēnu pagastu, bet 1931. gadā pārdēvēja par Cieceres pagastu. Pilsēta sāka veidoties 1938. gadā Kuldīgas apriņķa Cieceres pagasta teritorijā pēc Brocēnu cementa un šīfera kombināta uzbūvēšanas. Pēc otrreizējās Latvijas padomju okupācijas 1945. gadā pagastā izveidoja Brocēnu, Cieceres un Ezeruciema padomes, bet pagastu un apriņķi 1949. gadā likvidēja. 1950. gadā Brocēniem piešķīra strādnieku ciemata statusu (no 1961. gada – pilsētciemata) un izveidoja Brocēnu lauku teritoriju.[4][5]
Brocēnu pilsētciemats 1992. gadā ieguva pilsētas tiesības un līdz 2009. gada administratīvajai reformai pastāvēja kā Brocēnu pilsēta ar lauku teritoriju. 1999. gadā daļu Brocēnu lauku teritorijas (Kalnsētas) iekļāva Saldus pilsētā. No 2001. līdz 2021. gadam pilsēta bija Brocēnu novada centrs, kurš no 2009. gada bija pastāvīga pirmā līmeņa pašvaldība, bet līdz tam – daļa no Saldus rajona. 2009. gadā Brocēnu lauku teritoriju atdalīja no pilsētas un pārveidoja par Cieceres pagastu. 2021. gada 1. jūlijā Brocēnu novadu iekļāva jaunajā Saldus novadā.
1920. gados profesors Eižens Rozenšteins, izpētījis bagātīgās kaļķakmens iegulas Cieceres ezera krastā, pierādīja to noderīgumu ražošanai. 1928. gadā dibinātā Rīgas cementa fabrikas H. H. Šmita akciju sabiedrība[6] (A/S Ch. Schmit) šeit ieguva izejvielas. 1936. gadā Šmita firma uzsāka cementa fabrikas būvi Brocēnos. Būvprojektu izstrādāja Eduarda Veisa projektu birojs Rīgā sadarbībā ar dāņu firmu F. L. Smith. Būvdarbus vadīja inženieris Nikolajs Zoldners. Starp fabriku un izejvielu ieguves vietām tika izbūvēts dzelzceļš. Tolaik fabrika bija viena no modernākajām pasaulē. 1939./1940. gadā Brocēnos pēc arhitekta M. Luča projekta tika uzcelta vēl viena ražotne — šīfera fabrika.
Pēc Latvijas okupācijas fabrikas tika nacionalizētas un apvienotas Brocēnu cementa un šīfera kombinātā, kurā ietilpa arī Brocēnu kaļķu rūpnīca un ķieģeļu rūpnīca "Saldus". Tagadējā šīfera ceha vietā Otrā pasaules kara laikā atradusies koncentrācijas nometne.
2005. gadā uzņēmumu un to pārvaldošo RMC grupu iegādājās Meksikas cementa ražošanas koncerns Cemex, un 2010. gadā rūpnīca tika modernizēta. 2019. gadā kombinātu no Cemex, tāpat kā visus koncerna īpašumus Baltijas un Ziemeļvalstīs, nopirka Vācijas uzņēmums Schwenk Zement(de).[7]
Galvenie pilsētas autoceļi ir A9 (Rīga—Liepāja) un P109 (Kandava—Saldus), vietējie autoceļi ir V1152 (Bērzi—Brocēnu stacija) un V1156 (Brocēni—Namiķi). Caur Brocēniem iet dzelzceļa līnija Rīga—Liepāja, bet Brocēnu stacijā pasažieru vilcieni nepietur.
Brocēnos starp sporta veidiem izceļas hokejs un basketbols, kā arī airēšana.[8] Hokejā 1960. gadu vidū Brocēni kļuva par Latvijas čempioniem, 2006. gadā Latvijas čempionātos piedalījās sešas Brocēnu komandas[9] Pilsētā atrodas ledus halle, ko 2026. gadā īpašnieks izlēma pārdot pašvaldībai.[9]