Ab Mitte des 13. Jahrhunderts bezeugtes aargauisches Ministerialengeschlecht, das zuerst im Dienst der Kyburger, später der Habsburger stand und in der kyburgischen Stadt Mellingen über Eigenbesitz verfügte. Burg und Herrschaft Brunegg kamen 1473 als bernisches Lehen an die Segesser von Brunegg, die damals bereits die Vogteirechte für Brunegg besassen. 1538 wurden die Segesser von Brunegg im Nachgang der Reformation dazu gedrängt, Brunegg an Bern zu übertragen, das daraufhin Burg und Herrschaft dem Landvogt von Lenzburg unterstellte. Über Erbschaften und Heiratsverbindungen mit landsässigem Adel im Aargau kamen die Segesser von Brunegg zu weiterem Besitz, vor allem im Reusstal, längerfristig in Mellingen, Aarau, Tägerig und im zugerischen Steinhausen. Ab dem 15. Jahrhundert waren sie Bürger in den Landstädten Aarau und Mellingen sowie in eidgenössischen Städteorten, unter anderem in Luzern, und verheirateten sich mit Töchtern städtischer Notabelnfamilien. Bis ins 16. Jahrhundert dominierten bei den Segesser von Brunegg ministeriale Ämter. Die damit verbundene Habsburgtreue brachte dem Geschlecht 1442 die Nobilitierung durch Friedrich III. ein. Später kamen die Segesser von Brunegg über ihre Zugehörigkeit zu den städtischen Räten auch in kommunale Ämter und wurden mit der Verwaltung gemeiner Herrschaften betraut.
In Luzern etablierte sich eine Linie des Geschlechts im 16. und 17. Jahrhundert im Kleinen Rat und schliesslich als patrizisches Geschlecht. Die Luzerner Segesser von Brunegg begründeten ihren Aufstieg durch das geschickte Ausnutzen von Sold- und Pensionenwesen. Als Kleinräte befehligten einige Segesser von Brunegg Kompanien in fremden Diensten und wurden zuweilen zu Rittern geschlagen. Sie verwalteten angesehene Luzerner Landvogteien wie Ruswil, Beromünster, Willisau, Rothenburg, Habsburg und Entlebuch und versahen begehrte städtische Ämter, etwa diejenigen des Bannerherrn, Schützenhauptmanns oder Schultheissen; ferner vertraten sie Luzerns Interessen als Gesandte. Von der Luzerner Linie, die bis ins 21. Jahrhundert Nachfahren aufweist, spalteten sich Mitte 16. Jahrhunderts eine römische und eine deutsche Linie ab, von denen Erstere Anfang 17. Jahrhundert erlosch, Letztere zu Beginn des 19. Jahrhunderts. Alle Linien blieben nach der Reformation katholisch und wiesen viele Ordens- und Weltgeistliche auf, so Maria Franziska Hortensia (->) oder Franz (->). Zudem gehörten Vertreter der Familie vermehrt Ritterorden an. Ein 1737 für den Fall des Erlöschens einer Linie gestiftetes Fideikommiss regelte den Güterrückfall innerhalb des Geschlechts und half den Besitzstand längerfristig zu wahren.
In Luzern kamen die Segesser von Brunegg mit der Restauration 1814 erneut in die Regierung. Fortan besetzten sie neben kantonalen auch eidgenössische Ämter, vor allem in Militärwesen und Justiz. Heinrich Viktor (->) zeichnete als Architekt für einige Luzerner Grossbauten verantwortlich. Ende 19. Jahrhundert und Anfang 20. Jahrhundert hielten Philipp Anton (->), Hans Albrecht (1935) sowie Agnes (->) ihre Familiengeschichte historisch oder genealogisch fest.