A barna varangy a földrajzi szélességtől és a tengerszint feletti magasságtól függően eltérő hosszúságú hibernációs és aktivitási időszakot mutat. Hazánkban általában november elejétől február végéig tart a hibernációs időszaka, de a mikroklimatikus viszonyok jelentősen befolyásolhatják alakulását. Elsősorban szárazföldi, fagymentes helyeken egyesével vagy csoportosan telel át. Vannak adatok vízben történt telelésről is. Szaporodása elsősorban tavak, holtágak vagy akár nagyobb pocsolyák vízében, ritkábban lassú folyású csatornákban (esetleg folyókban, patakokban) zajlik. Szaporodóhely-hűség jellemzi. Az ivarérett példányok igyekeznek ugyanahhoz a víztérhez visszatérni, ahol átalakultak. Ilyenkor képesek igen nagy távolságok megtételére is. A szaporodási időszak általában március közepétől április elejéig tart. Többnyire a hímek érkeznek korábban, és sokkal több időt töltenek a vízben, mint a nőstények. A hímek az amplexusban a nőstényeket a hónaljtájékon karolják át. A szaporodás lázában a hímek gyakran más békafajok egyedeire vagy saját fajú hímekre is rákapaszkodnak. Néha egy-egy nőstényre igen sok hím kapaszkodik rá, „labdát” létrehozva, amelynek során a szabadulni képtelen nőstény el is pusztulhat. A nőstény a fekete színű petéket kétsoros, több méter hosszúságú dupla zsinórban rakja le vízi vagy vízben álló növények köré tekerve. A petezsinórban akár 7000-10000 pete is lehet. Az embrionális fejlődés általában 2-3 hétig tart, majd az ebihalak 1,5-2,5 hónapig fejlődnek. A fekete ebihalak gyakran igen nagy egyedszámú „felhőkbe” tömörülve mozognak. Az átalakulás egy adott víztérben általában 1-2 nap alatt, szinte egyszerre megy végbe. A frissen átalakult, 7-12 mm-es kis varangyok eleinte inkább nappal aktívak, és a víz közelében maradnak, de azután egyre távolabb keresnek menedéket és táplálékot. Ivarérettségüket a hímek általában három-, a nőstények négyéves korukban érik el. A hímek minden évben, a nőstények gyakran csak minden második évben szaporodnak. Egy fogságban tartott példány megérte a 36 évet is, a természetben ennél sokkal rövidebb ideig (legfeljebb 6-9 év) maradnak életben. A barna varangy kizárólag a szárazföldön keresi táplálékát, ami elsősorban gerinctelenekből (gilisztákból, pókokból, rovarokból stb.) áll. Alkonyatkor és hajnalban aktív, nappal ritkán, inkább csak esős időben lehet vele találkozni. Táplálékát részben az „ülni és várni” módszerrel szerzi, de aktívan is keresi zsákmányát. Ritkán ugrik, inkább „gyalogol”. Ha ragadozóval találja szemben magát, akkor testét felfújja, hátsó lábát kimerevítve felemeli a testét, hogy nagyobbnak látszódjon. Bufotoxin nevű mérge igen kellemetlen élményt jelent a tapasztalatlan ragadozóknak. Gyakran üríti ki ártalmatlan vizeletét tartalmazó húgyhólyagját a támadó felé, de a célzó képességéről szóló híresztelések alaptalanok. Állományait több ragadozó hüllő (vízisikló), madár (sasok, ölyvek, kányák, baglyok) és emlős gyéríti, amelyekre mérge nem hat, vagy a ragadozó fogyasztás előtt a zsákmányát kifordítja bőréből. Parazitái közül ismert a Lucilia bufonivora nevű légy, amely petéit a bőrére rakja, majd a lárvák az orrüregébe húzódnak, és ott elkezdik fogyasztani a szöveteket, amitől a gazdaállat rövid időn belül elpusztul.