Сформирована в Минске 17 апреля 1940 года в соответствии с Приказом Командующего войсками Белорусского Особого военного округа № 0012. В составе бригады при формировании насчитывалось до 4300 человек личного состава. На 22 июня 1941 года базировалась в Минске, прикрывая военные объекты и объекты инфраструктуры города и близлежащих районов. 22 июня 1941 года подразделениями 5-го полка ВНОС были обнаружены вражеские самолёты, осуществлявшие налёт на объекты в Западной Белоруссии. Над Минском 22 июня 1941 года на высоте 6-8 тысяч метров были замечены отдельные самолёты-разведчики, по которым огонь не открывался. 23 июня 1941 года бригада отбивает вражеский налёт, сбив 11 самолётов противника (по другим данным до 26 июня 1941 года бригадой были сбиты 11 самолётов, и по ещё другим данным 7). 7 июля 1941 года части бригады заняли позиции для обороны объектов и войск в районе Смоленска. Главными объектами прикрытия были железнодорожный узел, переправы через Днепр и районы сосредоточения войск 20-й армии. После отхода из Смоленска 15 июля 1941 года бригада сосредоточилась восточнее города и прикрывала от ударов с воздуха отходившие войска 16-й и 20-й армий. С 11 августа 1941 года бригада поддерживает войска Западного фронта в наступлении на смоленском направлении, а с 30 августа по 6 сентября 1941 года участвует в Ельнинской операции, поддерживая войска 24-й армии. Вместе с тем, с 15 августа по 5 октября 1941 года бригада обеспечивает противовоздушное прикрытие Вязьмы, уничтожив 20 самолётов противника. С 5 октября 1941 года отражает массированные налёты на Вязьму, противостоит высаженному 6 октября 1941 года воздушному десанту, понесла тяжёлые потери, фактически была разгромлена. Какая-то часть бригады, не попав в кольцо окружения, продолжала действия в течение ноября 1941 года в районе Гжатска и Можайска.
Всего по 1 декабря 1941 года бригада отчиталась о 186 уничтоженных самолётах противника.
5 декабря 1941 года исключена из состава действующей армии.
На 22 июня 1941 года в бригаду входили:
188-й зенитный артиллерийский полк
30-й отдельный зенитный артиллерийский дивизион малокалиберной артиллерии
431-й отдельный зенитный артиллерийский дивизион
191-й зенитный пулемётный батальон (в действующей армии с 22 июня 1941 года по 24 ноября 1941 года, передан в состав ПВО Западного фронта)
29-й зенитный прожекторный батальон
5-й полк ВНОС
17-й дивизион аэростатов заграждения
5-я отдельная рота связи.