Nach dem Studium der Kunstgeschichte in Berlin arbeitete Bruno Klein als Hochschuldozent in Göttingen und als Gastdozent in Halle, Fribourg, Göttingen, São Paulo, Bonn und Paris. An der TU Dresden hat er seit 2000 die ehemalige Stiftungsprofessur für Christliche Kunst der Spätantike und des Mittelalters inne.
Seine Forschungsschwerpunkte sind die Kunst des Mittelalters und die Geschichte der Architektur von der Antike bis zur Gegenwart. Besonderes Augenmerk legt Bruno Klein in seiner Forschung stets auf die kommunikativen Prozesse, die sowohl während der Entstehung von Kunstwerken als auch bei deren medialer Verbreitung eine Rolle spielen.
Sein fundiertes Fachwissen brachte er als Autor in die bei h.f.ullmann erschienenen Bücher Gotik und Ars Sacra ein.