Zaczęła grać w wieku 5 lat. Jej ulubioną nawierzchnią jest nawierzchnia ziemna. Największym sukcesem Australijki jest zwycięstwo wWimbledonie 2011 singla juniorek. W finale pokonałaIrinę Chromaczową 7:5, 7:6. Po drodze wyeliminowała m.in. jedną z faworytek, FrancuzkęCarolinę Garcia.
W 2012 dostała dziką kartę do turniejuAustralian Open i przegrała w pierwszej rundzie 6:2, 7:6(4) z GruzinkąAną Tatiszwili.
W sezonie 2014 Australijki triumfowały w zawodach wStrasburgu, gdzie w finale pokonałyTatianę Búę iDanielę Seguel 4:6, 7:5, 10–4. Po sezonie2014 postanowiła zawiesić karierę.
W lutym 2016 roku wróciła na zawodowe korty. Początkowo tylko w grze podwójnej. W marcu, już w trzecim starcie, wspólnie zCasey Dellacquą doszła do finału turnieju w Canberze (porażka zLee Ya-hsuan iRiko Sawayanagi 4:6, 5:7). Tydzień później, u bokuAriny Rodionowej wygrała drugą edycję tego turnieju (pokonałyKanae Hisami iVaratchaya Wongteanchai 6:4, 6:2). W maju wystąpiła wreszcie w grze pojedynczej podczas turnieju ITF w Eastbourne. Po wygraniu kwalifikacji doszła aż do półfinału. Na tym samym etapie zakończyła rozgrywki deblowe. Pierwszy występ w turnieju rangi WTA zaliczyła w czerwcu wNottingham. Wygrała eliminacje, a przegrała dopiero w ćwierćfinale zKarolíną Plíškovą 6:7(2), 6:7(7).
Dzięki dzikiej karcie wystąpiła na Wimbledonie. Wgrze pojedynczej przegrała w drugiej rundzie eliminacji, a wdeblu, wspólnie zLaurą Robson, odpadła już w pierwszym meczu, ulegając siostrom Chan:Hao-ching iYung-jan 4:6, 2:6.
Do końca sezonu wystąpiła już tylko w jednym turnieju: kategorii WTA 125K series wTajpej. Po wygraniu kwalifikacji skreczowała w ćwierćfinale zJewgieniją Rodiną przy stanie 6:1, 0:3.
W marcu 2017 pierwszy raz w karierze wygrała turniej singlowy rangiWTA. Jako kwalifikantka doszła wKuala Lumpur aż do finału, w którym pokonałaNao Hibino 6:2, 6:3. W stolicy Malezji wygrała również rozgrywki gry podwójnej. Dzięki temu sukcesowi awansowała do pierwszej 100 rankingu singlowego WTA. W maju wStrasburgu w grze pojedynczej ponownie udanie przeszła przez eliminacje, lecz została powstrzymana w ćwierćfinale przezDarję Gawriłową 4:6, 7:6(3), 6:7(5). W deblu straciła tylko jednego seta na drodze do drugiego tytułu w sezonie – w finale pokonały paręChan Hao-ching –Chan Yung-jan 6:4, 6:2.
Podczas wielkoszlemowego French Open wgrze pojedynczej przegrała już w pierwszej rundzie zMadison Keys 3:6, 2:6. Wdeblu wyrównała swoje dotychczasowe osiągnięcie dochodząc do finału turnieju. W decydującym meczu nie sprostały liderkom rozgrywek, parzeBethanie Mattek-Sands –Lucie Šafářová 2:6, 1:6. Kolejny sukces przyszedł wBirmingham, gdzie w singlu pokonała m.in.Barborę Strýcovą 6:3, 3:6, 6:1 i w półfinaleGarbiñe Muguruzę 3:6, 6:4, 6:3. W meczu mistrzowskim uległa powracającej po półrocznej przerwiePetrze Kvitovej 6:3, 3:6, 2:6. W turnieju gry podwójnej w półfinale otrzymały walkower odSani Mirzy iCoco Vandeweghe, by w finale pokonać Chan Hao-ching iZhang Shuai 6:1, 2:6, 10–8. Finał singla w turnieju rangiPremier pozwolił Barty na awans w rankingu WTA na 54. miejsce (notowanie z 26 czerwca 2017 roku). W rankingu gry podwójnej awansowała na 21. pozycję. Tydzień później wEastbourne wystąpiła tylko w grze podwójnej i osiągnęła kolejny finał, piąty z rzędu. W decydującym meczu turnieju musiała jednak uznać wyższośćChan Yung-jan iMartiny Hingis przegrywając 3:6, 5:7.
23 marca 2022 roku Barty ogłosiła zakończenie kariery. Stało się to podczas wywiadu zCasey Dellacquą – byłą partnerką w deblu. Barty została drugą tenisistką w historiiWTA (poJustine Henin w 2008 roku), która odeszła z profesjonalnej gry jako aktualna liderka rankingu singlowego[1].
W 2015 roku postanowiła odpocząć od tenisa i spróbować swoich sił wkrykiecie. W październiku tego samego roku podpisała jednosezonowy kontrakt zBrisbane Heat występującym w australijskiejWomen's Big Bash League, najważniejszym kobiecym turnieju w najkrótszej odmianie krykieta,Twenty20. W swoim pierwszym meczu zdobyła 39 punktów, zaliczając przy tym rzadkie wśród kobiet uderzenie za 6 punktów. W sezonie 2015/16 wystąpiła w 9 z 14 meczów swojej drużyny oraz zdobyła 68 punktów, co dało jej średnią 11,33 punktu na inningsa. W lutym 2016 roku porzuciła krykiet, wznawiając karierę tenisową.