Hvidbrynet løvsanger yngler ikke i Danmark. På ynglemarkerne i den sibiriske tajga bygger den en hvælvet, ovnformet rede placeret på eller nær jorden, ofte godt skjult under tuer eller i lav undervegetation. Hunnen lægger et kuld med flere æg, og ungerne vokser hurtigt i den korte, intense subarktiske sommer, før efterårstrækket sætter ind.