Le nom de la localité est attesté sous les formes Broieio et Broeio en 1156 et 1161, Broé en 1177 et Broeium en 1251[2].
Le toponyme peut être issu d'un anthroponymeroman tel que Borodes[2] ou Brogos[3], ou gaulois tel que Brogos[4], ou encore du substantif gaulois broga, « limite »[4].
Brouay tirerait son nom du mot celtique (gaulois) brog qui veut dire : les « bois » (selon P. de Longuemare. « Tilly sur seulles et ses environs »)[5].
L'évolution du nombre d'habitants est connue à travers les recensements de la population effectués dans la commune depuis 1793. À partir du , les populations légales des communes sont publiées annuellement dans le cadre d'un recensement qui repose désormais sur une collecte d'information annuelle, concernant successivement tous les territoires communaux au cours d'une période de cinq ans. Pour les communes de moins de 10 000 habitants, une enquête de recensement portant sur toute la population est réalisée tous les cinq ans, les populations légales des années intermédiaires étant quant à elles estimées par interpolation ou extrapolation[10]. Pour la commune, le premier recensement exhaustif entrant dans le cadre du nouveau dispositif a été réalisé en 2007[11],[Note 2].
En 2019, la commune comptait 488 habitants, en augmentation de 3,39 % par rapport à 2014 (Calvados : 1,56 %, France hors Mayotte : 2,49 %).Brouay avait compté jusqu'à 426 habitants en 1851 puis la population était redescendu à 195 habitants (1946). Le précédent maximum fut dépassé au recensement de 2007 (453 habitants).