Кай-Гуго фон Брокфорд родился 9 февраля 1915 года в Шмаргендорфе, в Германии в семье судьи графа Людвига фон Брокдорфа (1881—1938) и его 2-ой супруги Эрики фон Шпальдинг (1892—1940). Он был внуком графа Кая-Лоренца фон Брокдорфа (1844—1921).
Закончил Муниципальную школу свободных и прикладных искусств в Берлин-Шарлоттенбурге, где обучался у архитектора Вильгельма Герстеля и работал в качестве внештатного художника. Во время собственной учебы он познакомился с бойцами сопротивления из группы, свормирвавшейся под управлением архитектора Курта Шумахера в Академии художеств в Берлин-Шарлоттенбурге и связанной с организацией «Красноватая капелла».
В 1937 году женился на Эрике Шёнфельд, участнице движения Сопротивления в Германии. Скоро у их родилась дочь Саския. В 1942 году из-за роли в акциях «Красной капеллы» Кай-Гуго был арестован на Восточном фронте, а потом приговорен к четырем годам тюремного заключения и зачислен в штрафной батальон. Его супругу Имперский военный суд признал виноватой в подстрекательстве к гос измене и приговорил к высшей мере наказания. Во время войны Кай-Гуго попал в английский плен в Италии, и пробыл в нем до ноября 1946 года.
После 2-ой мировой войны в 1947-1949 годы служил секретарем по делам изобразительного искусства и музеев в германской администрации. В 1948 году женился на Еве Липпольд (1909—1994), урожденной Рутковской, писательнице и члене движения Сопротивления, с которой поселился в Цоссене. В 1950 году получил степень доктора философии.
В 1953 году он стал первым редактором журнальчика в ГДР, посвященного изобразительному искусству и издававшимуся Гос комиссией по делам искусств и Ассоциацией живописцев Германии, но через год подал в отставку. После работал на административных должностях в музеях Дрездена и Берлина. Им был написан ряд книжек посвященных истории искусства: «СССР и дореволюционная российская живопись» (1953), «Немецкая живопись» (1954), «Финская графика» (1954).
Кай-Гуго фон Брокдорф погиб 17 января 1999 года.