לי נולדה באל פאסו שבטקסס. אמה מילדרד הייתה פורצת דרך בנושאים הקשורים להסרת האפליה הגזעית, היא הייתה אחת מהסטודנטיות השחורות הראשונות שהחלו ללמוד באוניברסיטת טקסס באל פאסו, ואחת הראשונות שכיהנו במשרות ציבוריות באזור. אמה נפרדה מאביה הביולוגי לפני שלי נולדה. היא נישאה בשנית לגרווין טוט, שאימץ את לי. הוריה נפרדו בילדותה, אביה נישא מחדש ליפנית אותה הכיר כשהוצב בעת שירותו הצבאי ביפן ואמה נישאה מחדש לאיש צבא אחר. ב-1960 עברה המשפחה ללוס אנג'לס שבקליפורניה.
לי למדה בתיכון בסן פרננדו, במהלך לימודיה הייתה המעודדת השחורה הראשונה בתיכון ובאזור. בגיל 16 נכנסה להריון ונישאה בחשאי. היא עברה הפלה טבעית, ובהמשך נכנסה שוב להריון ועברה הפלה מלאכותית במקסיקו. היא התגרשה, נישאה בשנית וסבלה מבעל אלים עד שנפרדה גם ממנו. כאם חד-הורית היא גידלה שני בנים.
ב-1972 סייעה לשירלי צ'יזהולם, האמריקאית-אפריקאית הראשונה שכיהנה בקונגרס, לי נבחרה לציר מטעם מחוז אלמדה שבקליפורניה, וייצגה את צ'יזהולם בכנס המפלגה הדמוקרטית שנערך במסגרת הבחירות המקדימות של המפלגה הדמוקרטית לקראת הבחירות לנשיאות ארצות הברית. לאחר הבחירות הפכה צ'יזהולם למנטורית של לי. ב-1973 שימשה לי מתאמת גיוס הכספים בקמפיין הבחירות של בובי סיל, מייסד הפנתרים השחורים, לראשות עיריית אוקלנד.
היא התמחתה אצל חבר הקונגרס רון דלמס ובהמשך הפכה לראש לשכתו. ב-1991 נבחרה לחברה בבית המחוקקים של קליפורניה, ב-1996 נבחרה לסנאט של קליפורניה. עם פרישתו של דלמס התמודדה וניצחה ב-1998 בבחירות מיוחדות על המושב במחוז בחירה מס' 9 שהתפנה בבית הנבחרים של ארצות הברית. היא נבחרה מאז לכהונות נוספות עוד 11 פעמים.
ב-2001 זכתה לתשומת לב ציבורית רבה, כשהייתה חברת בית הנבחרים היחידה מול 420 תומכים, שהצביעה נגד ההצעה לאפשר לנשיא ארצות הברית להשתמש בצבא כנגד האחראים לפיגועי 11 בספטמבר. בנאום שנשאה בקונגרס הזכירה את נאומו של הכומר בטקס האשכבה לזכר הקורבנות שאמר "הבה נתפלל לתבונה עליונה, שכאשר נגיב לא נהפוך לאותו רוע שאותו אנחנו מוקיעים". במאמר שפרסמה ציינה כי היא התנגדה להחלטה משום שהיא נותנת לנשיא צ'ק פתוח לפעול בכל מקום נגד כל אחד.[2] לאחר ההצבעה קיבלה איומים ואלפי מכתבי נאצה[3] ונזקקה לאבטחה צמודה.[4] היא הייתה מתנגדת נחרצת למבצע חופש לעיראק ולאחר הפלישה האמריקאית הייתה ממייסדות השדולה בקונגרס ליציאת כוחות הצבא האמריקאים מעיראק. בספרה ציינה שהיא תמשיך לפעול נגד מה שמכונה המלחמה העולמית בטרור.[5]
לי מכהנת בבית הנבחרים בוועדת ההקצבות ובוועדת התקציב. בשנים 2009 עד 2011 כיהנה כיו"ר השדולה השחורה בקונגרס. ב-2006 נעצרה ביחד עם שישה חברי קונגרס נוספים במהלך הפגנה מול שגרירות סודאן במחאה על רצח העם בדארפור. ב-2008 התפרסם ספרה "Renegade for Peace and Justice: A Memoir of Political and Personal Courage".
בבחירות שבית הנבחים שנערכו בשנת 2012 ברברה לי התמודדה באזור מס' 13 וזכתה.היא כינה בתפקיד מספר כהונות. בשנת 2022 היא התמודדה באזור בחירה מס' 12 וזכתה. במקומה באוזר בחירה מס' 13 זכה ג'ון דוראטה.
בינואר 2023 דווח כי לי תכננה להתמודד לסנאט של ארצות הברית כמועמדת המפלגה הדמוקרטית במקומה של הסנאטורית הפורשת דיאן פיינסטיין, לאחר שחשפה את כוונותיה אלה בפני חברי השדולה השחורה בקונגרס[6]. הדיווח התפרסם כיממה לאחר הכרזת מועמדותה של חברת הקונגרס קייטי פורטר. ב-21 בפברואר 2023 הכריזה רשמית על התמודדותה באירוע בחירות באוקלנד. בבחירות שהתקיימו במרץ 2024, הפסידה בפריימריז המדינתי, המתנהל ללא השתייכות מפלגתית, כאשר שני המובילים ממשיכים לבחירות הכלליות. לי הגיעה רביעית אחרי אדם שיף ואחרי סטיב גרוביי, שחקן בייסבול לשעבר ומועמד מטעם המפלגה הרפובליקנית.
בינואר 2025, צפויה לסיים את כהונתה בבית הנבחרים, לאחר 26 שנים ובמקומה תכנס לטיפה סיימון.
