Kiedy w styczniu 2009 gubernator Janet Napolitano zrezygnowała, aby móc objąć stanowisko sekretarz bezpieczeństwa wewnętrznego w gabinecie prezydenta Baracka Obamy, z mocy prawa Brewer automatycznie została gubernatorem na czas pozostały do końca kadencji, czyli do stycznia 2011 roku. W listopadzie 2010 pokonała w wyborach kandydata Partii Demokratycznej Terry'ego Goddarda, ówczesnego prokuratora generalnego stanu, i została wybrana na pierwszą pełną kadencję.
Brewer zasłynęła w USA i poza granicami kraju przede wszystkim za sprawą podpisanej przez siebie ustawy parlamentu stanowego znacznie zaostrzającej traktowanie imigrantów, co ma szczególne znaczenie w Arizonie ze względu na położenie stanu przy granicy z Meksykiem. Nakazuje ona imigrantom stałe noszenie przy sobie dokumentów potwierdzających legalność ich pobytu (co jest sprzeczne z amerykańską tradycją braku dowodów osobistych, a tym bardziej noszenia ich ze sobą). Obliguje także policję do sprawdzania pod tym kątem osób, co do których istnieje podejrzenie, iż mogą przebywać w USA nielegalnie. Czynności te mają być realizowane przy okazji, np. kontroli drogowej.