Лионель Бренгье родился в 1986 году в Ницце. Получил образование как виолончелист (класс Филиппа Мюлле) и дирижер (класс Жолта Надя) в Парижской высшей национальной консерватории музыки и танца. Принимал участие в мастер-классах Петера Этвёша и Яноша Фюрста. В 2005 году завоевал I премию на Международном конкурсе молодых дирижеров в Безансоне и был назначен дирижером-ассистентом Оркестрового ансамбля Парижа. В 2007 году стал вторым дирижером Симфонического оркестра Бретани и победил в конкурсе на должность дирижера-ассистента Лос-Анджелесского филармонического оркестра под руководством Эсы-Пекки Салонена. С 2009 года продолжил работу с этим коллективом под руководством Густаво Дудамеля, в 2011 году – в качестве «дирижера в резиденции».
В 2009–2012 гг. Бренгье возглавлял Симфонический оркестр Кастилии и Леона, в 2014–2018 гг. – оркестр цюрихского Тонхалле. Сотрудничал со многими ведущими коллективами, среди которых Нью-Йоркский филармонический оркестр, оркестры Филадельфии, Кливленда, Сан-Франциско, Бостона, Чикаго, Гётеборга, Сиднея, Мюнхенский филармонический оркестр, венский Тонкюнстлер-оркестр, оркестр лейпцигского Гевандхауса, Национальный оркестр Лиона, Филармонический оркестр Радио Франс, лондонский оркестр «Филармония», Симфонический оркестр Би-би-си, оркестры Финского и Шведского радио, Романдской Швейцарии, фонда Гюльбенкяна, Израильский филармонический оркестр, Симфонический оркестр имени Симона Боливара (Венесуэла), Сеульский филармонический оркестр, Филармонический оркестр Малайзии. С сезона 2019/20 Лионель Бренгье – приглашенный дирижер Филармонического оркестра Ниццы и Оперы Ниццы. Продолжает выступать с Лос-Анджелесским филармоническим оркестром, оркестрами цюрихского Тонхалле и Кастилии и Леона.
Сотрудничает с известными солистами, среди которых Нельсон Фрейре, Ефим Бронфман, Эмануэль Акс, Лейф Ове Аннснес, Жан-Ив Тибоде, Ван Юйцзя, Ланг Ланг, Хатия Буниатишвили, Лукаш Вондрачек, Анне-Софи Муттер, Лиза Батиашвили, Рено Капюсон, Готье Капюсон, Леонидас Кавакос, Гил Шахам и Жанин Янсен.
Лионель Бренгье представил мировые премьеры «Каравана» Эса-Пекки Салонена (с оркестром цюрихского Тонхалле) и Концерта для английского рожка с оркестром Бернарда Рэндса (с Робертом Уолтерсом и Кливлендским оркестром). Провел региональные премьеры сочинений Джона Корильяно, Марка-Андре Дальбави, Магнуса Линдберга, Бруно Мантовани, Софии Губайдулиной, Кайи Саариахо и других современных авторов.
Дискография дирижера включает полное собрание симфонической музыки Равеля (Deutsche Grammophon), произведения Шопена, Сен-Санса, д’Энди и др.
Музыкант много работает с молодежью. В сентябре 2020 года входил в состав жюри первого Международного конкурса женщин-дирижеров La Maestra. Проводит образовательные музыкальные мероприятия для учащихся школ Ниццы.
Лионель Бренгье – кавалер французского Национального ордена «За заслуги», удостоен золотых медалей от Академии музыки имени князя Монако Ренье III и города Ниццы, премии от фонда имени Дьёрдя Циффры и других престижных наград.
Среди ангажементов сезона 2021/22 – концерты Бренгье с Симфоническим оркестром Барселоны, Токийским симфоническим оркестром, Симфоническим оркестром Монреаля, Национальным оркестром Бельгии, Национальным оркестром Лилля и Симфоническим оркестром Хьюстона, а также программы с Филармоническим оркестром Ниццы на сцене Оперы Ниццы, в которых принимают участие Алина Погосткина, Хатия Буниатишвили и Николя Бренгье. Дирижер также сотрудничает с фондом Nikikai Opera (Токио) в постановке «Волшебной флейты» Моцарта.