Агния Львовна Барто родилась 17 февраля 1906 года В Москве в семье ветеринара.
Училась в гимназии, занималась в балетной студии Нелидовой.
В 1924 году она была зачислена в балетную труппу. Труппа впоследствии эмигрировала из Советской России, а девушка по просьбе отца осталась в Москве.
Стихи она начала писать еще в детстве. Профессиональной литературной работой занялась по совету наркома просвещения Анатолия Луначарского, который присутствовал на выпускном экзамене хореографического училища и слышал, как Агния читала собственные стихи.
В 1925 году были опубликованы её первые стихотворения «Китайчонок Ван Ли» и «Мишка-воришка». За ними последовали «Первое мая» (1926), «Братишки» (1928). Некоторые стихотворения были написаны совместно с мужем, поэтом Павлом Барто, – «Девочка чумазая» и «Девочка-рёвушка» (1930).
Во время Великой Отечественной войны (1941-1945) Барто часто выступала по радио в Москве и Свердловске, писала военные стихи, статьи, очерки.
В 1942 году была корреспондентом «Комсомольской правды» на Западном фронте.
В 1940-1950-х годах вышли её сборники «Первоклассница», «Звенигород», «Весёлые стихи».
В 1950 году за сборник «Стихи детям» (1949) она была удостоена Государственной премии СССР.
В 1958 году Барто написала большой цикл сатирических стихов для детей «Лешенька, Лешенька», «Дедушкина внучка» и др.
С 1965 года в течение нескольких лет Барто вела на радио «Маяк» передачу «Найти человека», в которой занималась поисками людей, разлучённых войной.
С её помощью было воссоединено около тысячи семей. Об этой работе Барто написала повесть «Найти человека», опубликованную в 1968 году.
В 1977 году Барто опубликовала поэтический сборник «Переводы с детского», в котором поэтесса перевела с разных языков детские стихи.
В 1976 году вышла её книга «Записки детского поэта».
В кино как сценарист Агния Барто дебютировала в 1939 году в кинофильме «Подкидыш», снискавшем большую популярность у зрителей.
В 1973 году по сценарию Агнии Барто была поставлена драма «Ищу человека». В основе фильма, поставленного по одноимённой книге и по циклу радиопередач писательницы, – подлинные истории о разлуках и встречах, о поисках близких, продолжавшихся много лет после войны.
Агния Барто – лауреат Государственной премии СССР (1950), Ленинской премии (1972). Награждена орденом «Знак почёта».
В течение многих лет Барто возглавляла Ассоциацию деятелей литературы и искусства для детей, была членом международного Андерсеновского жюри.
В 1976 году ей была присуждена Международная премия имени Г.Х. Андерсена.