Il réalise 44 s 94 en demi-finale des Jeux olympiques de Pékin, le 19 août 2008 et 45 s 01 (également en demi-finale) lors des Championnats du monde d'Osaka en 2007, ses meilleurs temps de l'année dans la plus importante compétition annuelle.
Nery Brenes devient champion du monde en salle du 400 m en mars 2012 à Istanbul. Bénéficiant du couloir extérieur en finale grâce à sa victoire lors du tour précédent, face notamment à Kirani James, le costaricien remporte la course en 45 s 11, devant les Bahaméens Demetrius Pinder et Chris Brown[3]. Il établit un nouveau record des championnats et améliore de 0,90 s son record personnel.
Il remporte la seule médaille masculine de son pays lors des Championnats NACAC 2015 qui se déroulent dans son pays natal, en étant devancé par Lalonde Gordon.
Le 23 juin 2016, lors du Meeting de Madrid, Nery Brenes s'impose en 44 s 60, améliorant son record personnel vieux de 5 ans (44 s 65 en 2011)[4],[5].