Cursou estudios de Filosofía e Letras e Dereito na Universidade de Santiago de Compostela. Foi maxistrado en Santiago, Lérida, Pontevedra e Oviedo. Desenvolveu un importante labor no Seminario de Estudios Galegos e continuouna na Sección de Arqueoloxía e Prehistoria do Instituto Padre Sarmiento.Foi membro da Real Academia Galega, da Sociedade Española de Antropoloxía e Etnografía, do Instituto Internacional de Antropoloxía de París, da Sociedade de Xeografía de Lisboa, da Associaçao de Arqueólogos Portugueses, da Sociedade 'Martins Sarmento' de Guimaraes, do Instituto de Coimbra, do Instituto histórico de Minho, da Sociedade de Folclore de Brasil, do Instituto Arqueolóxico Alemán, da Academia Portuguesa da lingua, etc.A contribución literaria de Fermín Bouza Brey é loubable pero quizais a súa producción máis importante radica no campo científico. O seu labor de investigación abrangueu diversos campos, o que o converteu nun dos máximos eruditos da bibliografía galega contemporánea.
A súa principal actividade literaria desenvolveuna como poeta en nao senlleira (Nós, Santiago...). Despois da guerra civil publicou o seu segundo libro de versos titulado Seitura e no número 15 da colección Lar de novela curta publicou un relato breve titulado Cabalgadas en Salnés (A Coruña, 1925). A súa poesía caracterízase pola presencia dun vocabulario rico e a eufonía das palabras e os versos.De gran importancia son tamén os seus estudios bibliográficos sobre autores galegos do século XIX como Escritos no coleccionados de Rosalía de Castro, El tema rosaliano de negra sombra en la poesía compostelana del siglo XIX, Los Cantares Gallegos o Rosalía y los suyos entre 1860 y 1863, A formazón literaria de Eduardo Pondal e a necesidade dunha revisión dos seus "Queixumes", El ideario político de Murguía, etc.Xunto con López Cuevillas, Fermín Bouza Brey pode ser considerado un dos sistematizadores da nosa prehistoria. Neste campo son numerosos os seus artigos e tamén dignas de mención obras que fixo conxuntamente con Cuevillas como Bibliografía de Prehistoria Galega (Ourense, 1927), Prehistoria e Folklore da Barbanza (Ourense, 1927), La civilización neo-eneolítica gallega (Madrid, 1931).Como epigrafista destacan os seus estudios sobre divindades do panteón galaico pre-romano como El ara inédita de la Catedral de Santiago (Santiago, 1952) e en numismática son dignas de mención as súas publicacións sobre acuñacións romanas como Los tesorillos de monedas romanas de Temoedo y Sarandón y su significación histórica en Galicia (Zaragoza, 1955).Como historiador, as súas investigacións centráronse sobre todo no período xermano e suevo e son varios os seus estudios sobre a organización gremial na Galicia medieval e sobre a historia do periodismo galego e a imprenta.No campo da arte investigou sobre o pre-románico galego, o románico e o barroco.Como etnógrafo realizou varios estudios sobre a literatura popular: Cancioneiro das ribeiras do Tea (A Coruña, 1929), Cancioneiro popular de Moscoso (Madrid, 1946) e sobre a paremioloxía galega chegando a reunir uns vinte mil refráns nunha publicación inédita.
Os seus amigos, colaboradores e discípulos rendéronlle homenaxes en Cuadernos de Estudios Gallegos (1973) e Compostellanum (1972).
Dedícaselle o Día das Letras Galegas no ano 1992.