Родилась Агния Львовна Барто 17 февраля  в Москве в семье ветеринарного врача. Получила хорошее домашнее воспитание, которым руководил отец. Училась в гимназии, где и начала писать стихи. Одновременно занималась в хореографическом училище, куда на выпускные зачёты приехал А. Луначарский и, прослушав стихи Барто, посоветовал ей продолжать писать.

Стихи Барто начала сочинять ещё в раннем детстве, в первых классах гимназии. И первым слушателем и критиком её творчества был отец Лев Николаевич Валов, ветеринарный врач. Он очень любил читать, знал наизусть множество басен Крылова, выше всех ценил Льва Толстого. Когда Агния была совсем маленькой, он подарил ей книгу под названием «Как живёт и работает Лев Николаевич Толстой». С помощью этой и других серьёзных книг, без букваря, отец обучил Агнию читать. Именно отец требовательно следил за первыми стихами маленькой Агнии, учил «правильно» писать стихи. И в 1925 году(тогда Барто было всего 19 лет) вышла в свет её первая книжка. Стихи сразу же очень понравились читателям.

В 1925 были опубликованы книжки стихов для детей - "Китайчонок Ван Ли", Мишка-воришка". Беседа с Маяковским о том, как нужна детям принципиально новая поэзия, какую роль она может сыграть в воспитании будущего гражданина, окончательно определила выбор тематики поэзии Барто. Она регулярно выпускала сборники стихов: "Братишки" (1928), "Мальчик наоборот"(1934), "Игрушки", (1936), "Снегирь" (1939).

В 1937 Барто была делегатом Международного конгресса в защиту культуры, который проходил в Испании. Там она воочию увидела, что такое фашизм (заседания конгресса шли в осажденном пылающем Мадриде). Во время Отечественной войны Барто часто выступала по радио в Москве и Свердловске, писала военные стихи, статьи, очерки. В 1942 была корреспондентом "Комсомольской правды" на Западном фронте.

В послевоенные годы Агния Львовна стала организатором движения по поиску разлученных во время войны семей. Она предложила разыскивать потерявшихся родителей по детским воспоминаниям. Через программу "Найти человека" на радио "Маяк" удалось соединить 927 разлученных семейств. Первая книга прозы писательницы так и называется - "Найти человека".

В 1940-50 выходят сборники: "Первоклассница", "Звенигород", "Веселые стихи", "Стихи детям".

Агния Львовна писала не только стихи. У её есть несколько сценариев для кинофильмов. Это «Подкидыш» (совместно с Риной Зелёной), «Слон и верёвочка», «Алёша Птицын вырабатывает характер», «Чёрный котёнок», «Десять тысяч мальчиков». А многие стихи Барто стали песнями: «Любитель-рыболов», «Лёшенька, Лёшенька», «Полезная коза» и др.

Агния Львовна побывала во многих странах, встречалась с детьми, и отовсюду привозила стихи «невеликих поэтов» - так в шутку она их называла. Так родилась необычная книга под названием «Переводы с детского». Это стихи Агнии Барто, написанные от имени детей, встреченных ею во время поездок.

В течение многих лет Барто возглавляла Ассоциацию деятелей литературы и искусства для детей, была членом международного Андерсеновского жюри. В 1976 ей была присуждена Международная премия им. Х.К. Андерсена. Стихи Барто переведены на многие языки мира.

Умерла А.Л.Барто в Москве в возрасте 75 лет 1 апреля 1981 года.