Après une scolarité aux lycées Saint-Charles et Thiers à Marseille où son père était médecin, Alain Erlande Brandenburg prépare l'Ecole des chartes au lycée Henri IV à Paris, à la suite d’une rencontre décisive à Luxeuil-les-Bains, sa ville natale, avec Pierre Marot, alors directeur de l’Ecole nationale des chartes.
Il entre à l’École nationale des chartes en octobre 1959. Il soutient en 1964 sa thèse pour le diplôme de l'ENC sur les « Funérailles et sépultures royales en France de la fin du VIIIe siècle à 1285 », sous la direction de Paul Deschamps et Jean Hubert. Il s’inscrit à l’École du Louvre, suit plus particulièrement les cours d’Histoire de la sculpture dispensés par Pierre Pradel et Jacques Thirion. En 1965, il est diplômé de la section supérieure de l’École du Louvre à Paris, avec une thèse sur « La statue funéraire en France jusqu’au milieu du XIIIe siècle », et s’oriente vers une carrière de conservateur de musées. Puis, en 1970, Michel Fleury, directeur d'études à l’EPHE, dirige la thèse d'Alain Erlande Brandenburg intitulée « Étude sur les funérailles, les sépultures et les tombeaux des rois de France jusqu’à la fin du XIIIe siècle ». Sur le rapport de Jean Favier et Francis Salet, celui-ci obtient le titre d'élève diplômé de la IVe Section de l'EPHE.
Diplômé de l'EPHE en 1970, il est chargé de conférences en « Archéologie du Moyen Âge » de 1972 à 1974 à la section des Sciences historiques et philologiques, puis directeur d'études de 1974 à 2005.
Après son diplôme de l’Ecole du Louvre, Alain Erlande Brandenburg est recruté au CNRS pendant une année, puis intègre le Musée de Cluny en tant qu’assistant, avant d’être nommé en 1967 conservateur, et en 1980 conservateur en chef du musée de Cluny et du musée de la Renaissance qu’il créa au côté de Francis Salet. De 1987 à 1991, il exerce des fonctions plus administratives en tant qu’adjoint au directeur des musées de France, Olivier Chevrillon, période où il réforme la carrière des conservateurs de musée. De 1991 à 1994, il occupe le poste de directeur du musée national du Moyen Âge et des thermes de Cluny, avant d’être nommé directeur des Archives de France de 1994 à 1998. De 1999 à 2005 il est à nouveau directeur du musée de la Renaissance au château d'Écouen.
Parallèlement à ses charges, il enseigne à l’École du Louvre et reprend la chaire de muséologie (1979-1988) longtemps détenue par Germain Bazin ; il crée avec Dominique Ponnau, directeur de l’École du Louvre, celle d’Histoire de l’Architecture et enseigne l’époque médiévale (1982- 2005).
Il est également professeur chargé de l’enseignement de l'architecture médiévale à l'École de Chaillot, et de 1991 à 2000, professeur associé à l’École nationale des chartes : chaire d’Archéologie et d’histoire de l’art du Moyen Âge.
Président du GEMOB (Groupe d'Étude des Monuments et Œuvres d'Art de l'Oise et du Beauvaisis)
Président de la Société Française d’Archéologie
Président de la société des Amis de Notre-Dame de Paris
Histoire de l'architecture et de la sculpture aux Moyen Âge
Art et religion
Architecture et liturgie
Cathédrales
Notre-Dame de Paris
Art et commanditaires
Le roi est mort. Étude sur les funérailles, les sépultures des rois de France jusqu’à la fin du XIIIe siècle, Genève-Paris : Droz, 1975, 214 p.
L'art gothique, Paris : Citadelles & Mazenod, 1983, 628 p., nouvelle édition, 2004.
Le monde gothique. La conquête de l'Europe, 1260-1300, Paris : Gallimard (L'univers des formes), 1987, 445 p.
La cathédrale, Paris : Fayard, 1989, 418 p.
Notre-Dame de Paris, Paris : Nathan-CNMHS, 1991, 256 p.
Quand les cathédrales étaient peintes, Paris : Gallimard (Découvertes Gallimard/Arts 180), 1993, 176 p.
Histoire de l'architecture française, t. I : Du Moyen Âge à la Renaissance, avec Anne-Bénédicte Mérel-Brandenburg, Paris : Mengés-CNMHS, 1995, 478 p., nouvelle édition, 2015.
De pierre, d'or et de feu. La création artistique au Moyen Âge, IVe-XIIIe siècle, Paris : Fayard, 1999, 297 p.
Le sacre de l'artiste. La création au Moyen Âge, XIVe-XVe siècle, Paris : Fayard, 2000, 234 p.
Qu'est-ce qu'une église ?, Paris : Gallimard, Paris, 2010, 313 p.
La révolution gothique, Paris : Picard, 2011, 288 p.
Saint-Germain-des-Prés : An Mil, avec Anne-Bénédicte Mérel-Brandenburg, Paris : Picard, 2011, 126 p.