Населяет преимущественно хвойные и смешанные хвойно-лиственные леса.
Типичными местами обитания являются сосновые боры, сосняки с примесью различных лиственных пород, нередко располагающиеся вблизи сфагновых болот.
Встречается как близ опушек, так и в глубине лесных массивов.
Пища буроголовых гаичек состоит из насекомых и других мелких беспозвоночных
(тля, пауки, яйцекладки насекомых, мелкие моллюски и черви).
Едят также семена хвойных и других растений и даже скармливают их птенцам.
Весной птицы включают в рацион пыльники осины и ольхи, пьют березовый сок.
В марте-апреле образуются пары, в это время удается слышать пение самца - монотонно повторяемые свисты "джи-джи-джже...".
Гнездятся отдельными парами в дуплах, которые выдалбливают и выщипывают сами в гнилых пнях,
обломанных трухлявых стволах деревьев на высоте 0,5-1,5м.
В строительстве дупла принимают участие обе птицы.
На дне строится миниатюрное гнездышко из кусочков древесного луба, коры и метелок злаков.
Кладка яиц происходит в конце апреля начале мая. В году один выводок.
Яйца насиживает самка в течение 14-15 суток, в это время самец регулярно приносит ей корм.
Птенцов кормят оба родителя гусеницами бабочек, пауками и их коконами, личинками мелких насекомых.
Незадолго до вылета из гнезда родители начинают кормить птенцов семенами.
Примерно через три недели молодые птицы покидают гнездо.
Неделю-две родители докармливают слетков вблизи дупла, после чего птицы пытаются самостоятельно добывать корм.
Около месяца выводки держатся вместе, затем распадаются, и, молодые птицы совершают миграции, лишь к середине зимы переходя к оседлой жизни.