Il club fu fondato nel 1889 con l’obiettivo di svolgere un’attività invernale per il club di canottaggio locale, il Canottieri Brentford. Il club giocò nei suoi primi anni sempre nelle serie inferiori della Football League e non ebbe alcun successo notevole. Nel 1904, il Brentford si trasferì a Griffin Park. Nel 1921 il club fu uno dei membri fondatori della Third Division dove giocò dalla fine del 1920 fino al 1930. L’8 novembre 1924 subì la sua sconfitta più pesante, 7-0 contro lo Swansea City FC. Nella stagione 1929-30 il Brentford vinse tutte le 21 partite casalinghe: nonostante questo, il club non riuscì a ottenere la promozione. Dopo un altro breve ma infruttuoso tentativo nel 1933, alla fine il Brentford salì in Second Division. Appena due anni dopo salì per la prima volta in First Division e finì la prima stagione nella massima serie inglese con una sorprendente quinta posizione, il miglior risultato fino ad oggi nella storia del club. Nelle due stagioni successive il Brentford ottenne due sesti posti e rimase in First Division per il resto del decennio, fino allo scoppio della seconda guerra mondiale che interruppe i campionati nazionali.
Dopo un’assenza di quarantacinque anni, il Brentford riuscì, nel 1992, a tornare in Second Division, che, dopo l’introduzione della Premier League, divenne la Division One. Dopo una retrocessione diretta nella stagione successiva, il club fallì diverse volte la promozione. Nel 1994 fu ingaggiato come allenatore David Webb, con cui il club raggiunse per due volte i play-off, perdendo la finale nel 1997 allo stadio di Wembley contro il Crewe Alexandra. Negli anni successivi il club ottenne altri buoni risultati: un quarto e, soprattutto, un primo posto nel 1999.
Nel 2002 il club, sotto la guida di Steve Coppell, vide sfumare la promozione, sconfitto nella finale dei play-off contro lo Stoke City. Nel 2005, con il nuovo allenatore Martin Allen e, dopo aver terminato il campionato al quarto posto, perse la finale dei play-off contro lo Sheffield Wednesday. Il 20 gennaio 2006 fu nominato un nuovo presidente. Nella stagione 2005-2006 il club fece parlare di sé, quando al quarto turno di FA Cup batté il Sunderland, club di massima serie, per 2-1. Nella stessa annata il Brentford raggiunse nuovamente i play-off, ma, nonostante la vittoria per 1-0 in trasferta nella prima semifinale contro lo Swansea City, fu eliminato a causa della sconfitta per 0-2 subita in casa contro i gallesi.
Dopo la retrocessione in quarta divisione nella stagione 2006-2007, il Brentford tornò in League One nella stagione 2008-2009 come campione della League Two. Nella stagione 2009-2010 la squadra si classificò nona e nel 2011-2012 raggiunse la finale del Football League Trophy, dove fu sconfitto dal Carlisle Utd. La formazione dell’ovest di Londra chiuse al nono posto la stagione 2011-2012, nonostante l’arrivo del nuovo allenatore Uwe Rösler. Il campionato 2012-2013 vide il Brentford raggiungere il terzo posto nella stagione regolare e uscire sconfitto dalla finale dei play-off contro lo Yeovil Town, dopo aver battuto ai tiri di rigore lo Swindon Town in semifinale. L’impresa della promozione in Championship riuscì l’anno dopo, in virtù del secondo posto finale.