Na het behalen van het Braziliaans kampioenschap in de 125 cc en 250 cc
vertrok Barros in 1986 naar Spanje en debuteerde op 15-jarige leeftijd in het 80 cc
WK.
In 1988 keerde hij terug naar zijn geboorteland om deel te nemen aan het nationaal 250 cc-kampioenschap maar het seizoen daarna keerde hij terug naar de Grands Prix.
Na zijn optreden in de 250 cc werd hij in 1991 door Cagiva aangetrokken om op een 500 cc te racen en in 1993 kwam hij met Suzuki tot zijn eerste vier GP-zeges. Na vier seizoenen op Honda bij de Pons racestal accepteerde Barros voor 2003 een aanbod om voor Yamaha op een YZR-M1 in de MotoGP te berijden.
In het seizoen 2006 stapte hij over naar de Superbike-klasse voor het team van Oostenrijker Klaus Klaffenböck (Klaffi Honda).