Bárbara Goenaga nació en San Sebastián, España. Es hija del pintor Juan Luis Goenaga y vive en Madrid. En el País Vasco participó en series como Beni eta Marini y Dúplex para hacer luego en 1994 Goenkale, en la que intervino seis años. Su popularidad surgió a partir de su participación en la serie El grupo. En 1992 debutó en la gran pantalla con Los años oscuros, de Arantxa Lazkano.

A partir del año 2000 Bárbara participaría en muchos proyectos, tanto de cine como de televisión, como El regalo de Silvia (2002), dirigida por Dionisio Pérez, Amor en defensa propia (2004), de Rafa Russo, La luna en la botella (2006) bajo la dirección de Grojo, Oviedo Express (2007), dirigida por Gonzalo Suárez y La buena nueva, de Helena Taberna.

En televisión participó en las series Vientos de agua, Al filo de la ley y A medias.

En 2008 fue nominada a los Premios Goya en la categoría de Mejor Actriz Revelación por Oviedo Express.