两年或两至三年完成1代,以当年生幼虫和二年生幼虫在树干内越冬。7月上旬前孵化出的幼虫于第二年8月上旬至10月上旬化蛹,10月上旬至11月上旬羽化为成虫,并在蛹室内越冬,至第三年4月下旬成虫外出,4月底至5月初外出盛期,8月后孵出的幼虫需经过两个冬天到第三年5~6月份才化蛹,8月以后成虫外出活动。在四川和江西观察到7月前羽化的成虫较多,其后成虫较少,因此成虫有两个比较集中产卵的阶段,即5月上旬至7月上旬所产卵略占全期卵数的70%~80%,8月上旬至9月下旬所产卵略占20%~30%。
越冬成虫在晚上8~9时飞离树洞,特别是雨前闷热天气,出洞更多,活跃于树干之间,交尾,产卵。卵产在离地面33厘米以上的树干缝穴或伤疤内,每处产卵1或2粒,每雌产卵数十粒至百余粒,成虫寿命3~4个月,卵期7~15天。幼虫孵化处的树皮受害后渗出黄色胶质物,浸润状,幼虫体长达到10~15毫米后开始横向蛀入木质部。幼虫在皮层内蛀食期长短与季节和树皮木质化程度有关,7月下旬前孵化或食嫩树皮的幼虫约为20天,9月上旬孵化或食粗老树皮的幼虫约为7~15天。侵入木质部的幼虫转而向上或中途改变方向,形成若干岔道,幼虫在蛀道上向外开出3~5个通气孔,排出粪屑,老熟幼虫在蛀道中构筑长圆形蛹室,化蛹其中。一般第一年蛀道长7~10厘米,第二年蛀道长30厘米,侧枝上的蛀道可达1.0~1.3米。幼虫约17龄,15~17个月,秋季孵出的幼虫,虫期为20个月;蛹期1个月。橙和柚受害最重。
褐天牛有多种寄生性天敌,其中以寄生幼虫的天牛茧蜂和寄生卵的长尾啮小蜂最为常见,对天牛的抑制作用显著。另外,啄木鸟也是天牛的重要天敌,可加强保护和利用。