En 1854, Brünnow se rend à Ann Arbor dans le Michigan aux États-Unis, où il devient directeur du Detroit Observatory(en), le nouvel observatoire qui doit se construire. À Ann Arbor et plus tard à Albany (New York) où il est employé comme directeur adjoint de l'observatoire Dudley de 1859 à 1860, il publie une revue astronomique, les Astronomical Notices[1].
Il épouse Rebecca Lloyd, née Tappan, fille du président de l'université Ann Arbor, Henry Philip Tappan, en 1857. Leur fils unique est l'orientaliste Rudolf Ernst Brünnow[1].
Il retourne en Europe en 1863 et devient en 1866 comme astronome royal pour l'Irlande, directeur de l'observatoire et professeur d'astronomie au Trinity College de Dublin.
En 1874, il se retire dans la vie privée et meurt le à Heidelberg. Sa pierre tombale se trouve encore au Heidelberger Bergfriedhof[2].
