1430 erbt Philipp der Gute, Herzog von Burgund, das Herzogtum Brabant. Er macht Brüssel zur Hauptstadt seines Burgunderreiches. In dieser Zeit entstehen das Rathaus und die ersten Zunfthäuser am Großen Markt. Die Stadt blüht in dieser Zeit wirtschaftlich auf. Bildhauer, Teppichwirker und Goldschmiede finden ihr Auskommen. Künstler wie Pieter Brueghel der Ältere und Rogier van der Weyden lassen sich in der Stadt nieder. Die Enkelin Philipps des Guten, Maria von Burgund, heiratet 1477 Maximilian von Habsburg, Kaiser des Heiligen Römischen Reichs deutscher Nation. Dadurch kommt Brabant unter die Herrschaft des Habsburgerreiches. Nach einer kurzen Unterbrechung durch Margarete von Österreich, welche die Hauptstadt nach Mecheln verlegt, wird Brüssel nach 1531 erneut Hauptstadt von Burgund.
Nach dem Tode Karls V., unter seinem Sohn Philipp II. wird der größere Teil des heutigen Belgien, mit Brüssel, Bestandteil der spanischen Niederlande. Unter Philipp II. kommt es zu Erhebungen gegen die spanische Herrschaft, unter anderem zu den Aufständen der Grafen Hoorn und Egmont. Mit der Hinrichtung der beiden Adligen auf dem Großen Marktplatz werden diese Aufstände 1568 blutig niedergeschlagen. In Folge dieses gescheiterten Aufstandes kommt es 1578-1579 zur Gründung der Union von Utrecht, der Keimzelle der späteren unabhängigen nördlichen Niederlande. Unter dem Statthalter Spaniens, des Herzogs von Alba, wurden die Anhänger des Protestantismus gnadenlos verfolgt. Diese Repression hat den Exodus der wirtschaftlichen und geistigen Elite, vorwiegend nach Amsterdam, und den wirtschaftlichen Niedergang der Stadt Brüssel zur Folge.