Freden i Brömsebro avslutade den 13 augusti 1645 Torstensonska kriget, som inleddes 1643 mellan Sverige och Danmark-Norge under drottning Kristinas respektive Kristian IV:s av Danmark regeringsperioder.
Fredsförhandlingarna initierades av Frankrike som i januari 1644 skickat diplomaten Gaspard Coignet de La Thuilerie. Den 25 december detta år lyckas han få Sverige och Danmark-Norge att skriva under en traktat om att fredsförhandlingar ska inledas vid Brömsebro i februari 1645. I förhandlingarna företräddes Sverige av Axel Oxenstierna och Danmark av Corfitz Ulfeldt.
Det första mötet ägde rum den 8 februari 1645 vid gränsstenen på den lilla holme i Brömsebäck, där Brömsebron leder över bäcken. Därefter skedde förhandlingarna genom att de la Thuilerie reste mellan svenskarnas inkvartering i Söderåkra och danskarnas inkvartering i Kristianopel. Den 13 augusti möttes medlarna åter vid gränsstenen på holmen för att till varandra lämna över den av kungarna godkända och underskrivna traktaten.
De militära framgångarna i kriget för Sverige gjorde att de svenska kraven var mycket långtgående. Freden innebar att Danmark-Norge avträdde de norska landskapen Jämtland och Härjedalen, och de danska öarna Gotland och Ösel i Östersjön till Sverige. Sverige erhöll dessutom Halland under 30 år samt tullfrihet i Öresund, också för svenska besittningar på andra sidan Östersjön.
Idre och Särna socknar i Dalarna kom visserligen redan 1644 i svenska händer, men detta glömdes bort i fredstraktaten, och först i ett särskilt avtal 1751 formaliserades dessa socknars tillhörighet till Sverige. Representanter för Särna, Idre och Hede bygdelag skrev dock under drottning Kristinas trohetsed i Älvdalens prästgård redan den 21 november 1645.
Brömsebro var namnet på bron; någon ort med det namnet fanns inte förrän 1899. Det är därför egentligen riktigare att tala om freden vid Brömsebro.
Eftersom Brömsebro låg vid gränsen, träffades man ibland där för förhandlingar. Fördraget i Brömsebro slöts 1541 mellan Sverige och Danmark och innebar en allians mellan länderna.