Le projet de loi a été approuvé par 50 voix pour, 26 voix contre et une abstention. Il avait déjà été approuvé par la chambre des députés en avril et devait être adopté à la majorité simple par la chambre haute pour pouvoir être promulgué par le président Temer.
Réclamée par les milieux d'affaires, cette réforme est considérée comme vitale par le gouvernement du président Temer, en quête de légitimité face à de graves accusations de corruption.
Elle s'inscrit dans une série de mesures d'austérité visant à sortir le pays d'une récession historique, au même titre que la réforme des retraites, elle aussi en cours d'examen par le parlement.
La nouvelle loi travail prévoit notamment la création de contrats de travail plus flexibles, et met fin aux cotisations syndicales obligatoires.
Selon un sondage de l'institut Datafolha, 58% des Brésiliens y sont opposés.
M. Temer a salué le vote du Sénat dans une déclaration à la presse. "Je crois que nous avons approuvé une des réformes les plus ambitieuses des trente dernières années", a-t-il dit.
L'adoption du texte par le Sénat a été retardée mardi pendant un long moment par trois sénatrices de l'opposition qui ont empêché le président du Sénat Eunicio Oliveira de s'asseoir à son pupitre.
Visiblement irrité, le président du Sénat a alors décidé de suspendre les débats jusqu'à nouvel ordre. Il a demandé de couper les micros et l'hémicycle a été plongé dans l'obscurité.
Les trois sénatrices de gauche qui ont occupé le pupitre ont ensuite été rejointes par d'autres parlementaires, qui ont retransmis leur action en direct sur les réseaux sociaux à l'aide de leurs téléphones mobiles.
Ce n'est que six heures plus tard que les débats ont pu reprendre.
Les syndicats ont organisé le 29 avril un mouvement de grève générale qui a paralysé partiellement le pays, suivi d'autres journées de mobilisation contre les réformes d'austérité.
Le gouvernement Temer justifie ces mesures par la nécessité de créer des emplois dans un pays qui compte 13,8 millions de chômeurs, 13,3% de la population active.
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