Nació el 9 de junio de 1835 en Santiago. Hijo de Ramón Luis Barros y Fernández y Dolores Luco y Fernández de Leiva. Hermano del diputado Nicolás Barros Luco.

Estuvo casado con Mercedes Valdés Cuevas.

Estudió en el Instituto Nacional y posteriormente cursó Leyes en la Universidad de Chile, carrera de la que se graduó de abogado el 20 de diciembre de 1858. Su memoria de prueba fue sobre Derecho Civil siendo su tema "La importancia de un Código Rural". Fue la primera tesis que se publicó en los Anales de la Universidad de Chile y que más tarde se tradujo al francés.

Hizo su práctica profesional en el estudio de Manuel Carvallo.

En 1858, publicó por primera vez sus artículos en el periódico El Ferrocarril sobre cuestiones económicas, defendiendo los empréstitos que solicitaba el presidente Manuel Montt en Londres, para la construcción de ferrocarriles.

Fue miembro del Partido Liberal, el que presidió hacia 1903.

En 1864, fue nombrado oficial mayor del Ministerio del Interior, cargo en el que permaneció hasta 1872.

Entre el 12 de abril de 1872 hasta el 18 de septiembre de 1876, se desempeñó como ministro de Hacienda durante la administración del presidente Federico Errázuriz Zañartu. Durante su gestión, organizó la Exposición Internacional de 1875, fundó el Instituto Agrícola y dictó una ordenanza de aduanas. En forma paralela, asumió como ministro de Guerra y Marina subrogante entre el 2 de enero al 10 de marzo de 1874; del 3 al 14 de abril de 1875; y entre el 15 de noviembre de 1875 hasta el 8 de enero de 1876.

Durante el gobierno de Domingo Santa María fue ministro de Hacienda entre el 18 de enero de 1884 hasta el 24 de febrero de 1885, periodo en que se preocupó de la ley de Formación de Presupuestos y de organizar una exposición de productos nacionales. Asimismo, entre el 3 de septiembre al 10 de octubre de 1885, fue ministro del Interior y simultáneamente, ministro subrogante de Hacienda, del 3 al 5 de septiembre de 1885.

Durante la presidencia de José Manuel Balmaceda fue ministro del Interior del 2 de noviembre de 1888 al 11 de junio de 1889. Como tal, creó el Consejo Superior de Higiene Pública y promulgó un nuevo Código de Minería. Posteriormente, fue ministro de Industria y Obras Públicas, entre el 23 de octubre al 7 de noviembre de 1889.

En enero de 1891 suscribió el Acta de Deposición del presidente José Manuel Balmaceda y el manifiesto dirigido al capitán de Marina Jorge Montt para sublevar a la Escuadra y proclamar el alzamiento en nombre del Congreso.

Con este motivo, junto al vicepresidente del Senado Waldo Silva Algue, se embarcaron en Valparaíso el 7 de enero de 1891 en el blindado Blanco Encalada con rumbo al norte. En Iquique asumió como vocal de la Delegación del Congreso Nacional. En abril de ese mismo año fue constituida una Junta de Gobierno quedando como jefe de la misma el capitán de marina Jorge Montt, quien había asumido el liderazgo de la división naval sublevada. Entre el 10 y el 31 de Agosto, ocupó un puesto en el Consejo de la Junta de Gobierno junto al vicepresidente del Senado, encabezando ambos la junta contra el gobierno constituido.

Tras los triunfos de las batallas de Concón, el 21 agosto de 1891 y Placilla el 28 de agosto, donde fue vencido y derrocado el presidente Balmaceda, viajó a Santiago para organizar una Junta de Gobierno que le entregaría el mando a Jorge Montt. Entre el 3 de septiembre al 26 de diciembre de 1891 integró dicha Junta en su calidad de presidente de la Cámara de Diputados.

Entre el 9 de junio de 1892 al 22 de abril de 1893, fue ministro del Interior durante el gobierno del vicealmirante Jorge Montt. Como tal, en febrero de 1893 ante las revueltas de la ciudadanía, suspendió por nueves meses las garantías individuales y la excarcelación bajo fianza de ciertos delitos. Entre el 7 de diciembre de 1894 hasta el 1 de agosto de 1895, volvió a asumir el mismo cargo.

En el gobierno del presidente Germán Riesco fue ministro del Interior, entre el 18 de septiembre hasta el 18 de noviembre de 1901. Reasumió el cargo en dos oportunidades: del 6 de mayo de 1902 al 20 de noviembre del mismo año y del 4 de abril de 1903 al 5 de junio de 1903. Durante este último periodo, asumió la vicepresidencia de la República.

El 20 de febrero de 1897, fue nombrado enviado extraordinario y ministro plenipotenciario de Chile en Francia.

En la Convención Liberal del 15 de septiembre de 1910, fue proclamado candidato a la presidencia de la República, siendo electo en las elecciones presidenciales desarrolladas ese mismo año. Asumió el cargo el 23 de diciembre, por un período constitucional de cinco años, entre 1910 a 1915.

Su gobierno se caracterizó por mantener las prácticas del régimen parlamentario vigente desde 1891. Su primer gabinete, de filiación liberal doctrinaria, fue presidido por Maximiliano Ibáñez Ibáñez y duró 18 días. La inestabilidad en los ministerios se mantuvo prácticamente durante toda su administración y fue producto de la lucha existente entre liberales, nacionales y balmacedistas, que impidió la realización de cualquier obra gubernativa de envergadura.

Vivió los efectos de la Primera Guerra Mundial (1914-1919) que elevó el precio del salitre y permitió reunir mayores excedentes los que fueron utilizados en obras públicas, como la finalización de las obras portuarias de Valparaíso y el comienzo del puerto artificial de San Antonio y el de Talcahuano. Además, se avanzó en la construcción del ferrocarril longitudinal del Norte y se inauguró el ferrocarril de Arica a la Paz (1913). Mientas que en Santiago, fueron adquiridos los terrenos del monasterio de Santa Clara ubicado en la Alameda para construir la Biblioteca Nacional, el Museo Histórico y el Archivo Nacional.

Además, se edificó la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Chile. En 1913, fue fundado el Liceo José Victorino Lastarria en la comuna de Providencia. Asimismo, se re equipó el Ejercito y la Marina, se creó el Servicio Militar de Aeronáutica y la Escuela de Pilotos. El 24 de agosto de 1913, se iniciaron los trabajos para la construcción del nuevo edificio de la Biblioteca Nacional, que comenzó a funcionar en 1916.

En materia internacional, se renovaron las relaciones diplomáticas con Perú; se esquivó el tratado de alianza propuesto por Ecuador; se normalizaron las relaciones con la Santa Sede (debilitadas desde las luchas teológicas); aceptó la apertura del Canal de Panamá y se declaró la neutralidad de Chile en la Primera Guerra Mundial, iniciada en 1914.

Finalmente, en Santiago se llevó a cabo la Quinta Conferencia Sanitaria Panamericana en que se implantó el certificado de vacuna internacional para la viruela. Además, nuestro país participó en la Primera Reunión de Jurisconsultos en Río de Janeiro, en 1913; y en el Segundo Congreso Postal Continental Sudamericano de Montevideo.

En 1915, terminado su período presidencial, fue nombrado Consejero de Estado. En forma paralela, continuó con su trabajo en el Hospital Mixto Barros Luco, el que había comenzado a construirse. Además, se dedicó a distribuir su fortuna en diferentes obras y obras de caridad, actividad que desarrolló con la ayuda de su esposa.

Murió el 20 de septiembre de 1919, en Santiago.

El Congreso de 1891, bajo el imperio de la Junta de Gobierno, le concedió en premio por sus servicios una Biblioteca por el valor de $20.000, y las prerrogativas de vice-almirante cuando visitase la Escuadra.

Fue presidente de la Sociedad de Fomento Fabril (Sofofa); vicepresidente de la Sociedad de Beneficencia; y presidente de la Sociedad Nacional de Agricultura (SNA), entre 1902 hasta 1910.

Dentro de sus labores como filántropo estuvo la construcción del Hospital mixto Barros Luco en San Miguel.

Fundó el Patronato Nacional de la Infancia, el que presidió por 10 años y posteriormente, fue presidente honorario.

Fue autor de obras jurídicas como Efecto retroactivo de la lei, Código Rural y Estudios Económicos.

En 1910, presidió el Club de Septiembre.

Fue socio honorario del Club de La Unión.

En 1911, fue presidente honorario de la Sociedad Chilena de Historia y Geografía.