Агния Львовна Барто (урожденная Волова, по некоторым источникам, настоящее имя Гетель Лейбовна родилась 17 (4 по старому стилю) 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 ее 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-ревушка" (1930).
В 1937 году Агния Барто была делегатом Международного конгресса в защиту культуры, который проходил в Испании. Во время Великой Отечественной войны (1941-1945) Барто часто выступала по радио в Москве и Свердловске, писала военные стихи, статьи, очерки. В 1942 году она была корреспондентом "Комсомольской правды" на Западном фронте.
В 1940-1950-х годах вышли ее сборники "Первоклассница", "Звенигород", "Веселые 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, разлученных войной.
С ее 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 ее книга "Записки детского поэта".
В кино как сценарист Агния Барто дебютировала в 1939 году в кинофильме "Подкидыш", снискавшем большую популярность у зрителей.
Затем она написала сценарии детских фильмов "Слон и веревочка" (1946) и "Алеша Птицын вырабатывает характер" (1953), "10 000 мальчиков" (1961), а также новеллы "Черный котенок" в киноальманахе "От семи до двенадцати" (1965).
В 1973 году по сценарию Барто была поставлена драма "Ищу человека". В основе фильма, поставленного по одноименной 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 почета".
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.
1 апреля 1981 года Агния Барто скончалась в Москве. Похоронена на Новодевичьем кладбище.
Агния Барто была дважды замужем. После развода с первым мужем — поэтом Павлом Барто, она вышла замуж за ученого-энергетика Андрея Щегляева, от брака с которым родилась дочь Татьяна. Ее сын от первого брака Игорь погиб в 1945 году.