О семье Сергей всегда говорит с теплотой и любовью. Супругу тележурналиста зовут Ирина, познакомились молодые люди в райкоме ВЛКСМ Черемушкинского района. Перед поступлением в МГИМО мама Сергея постирала рубашку вместе с комсомольским билетом.
В то время такая оплошность могла перечеркнуть будущее Брилёва, но парень решил попытать счастья и восстановить билет. В одном из райкомовских окошек юноша увидел симпатичную приветливую девушку, которая вошла в его положение и выписала новый документ под свою ответственность. Так Сергей и познакомился с Ириной. Молодые люди встречались год, но потом пути разошлись.
Во второй раз Сергей и Ирина встретились в 1998 году в Москве и вскоре сыграли свадьбу. Торжество проходило в Лондоне, где в то время работал Сергей Брилёв. Ирина – преподаватель английского языка, так что коммуникативных проблем в новой стране у девушки не возникло.
11 августа 2006 года в семье Брилёвых родилась долгожданная дочь. Девочку назвали Александрой. Работа Сергея связана с частыми командировками, поэтому журналист в шутку называет жену «матерью-одиночкой». Со своими девочками у Брилёва прекрасные отношения – свободное время журналист проводит с семьей. Правда, на лыжные пробежки Брилёв ходит вместе с дочерью, потому что Ирина не разделяет этого увлечения мужа. В остальном же у супругов «бесконечное счастье быть вместе», как говорит Сергей.