Barbara Lukešová se narodila do rodiny filmového architekta Rudolfa Lukeše a novinářky a spisovatelky Tatijany Lukešové. Díky matčiným rodičům získala ruské kořeny po babičce a židovské po dědečkovi. Otec, který spolupracoval s režiséry Jiřím Weissem a Jiřím Krejčíkem, zemřel, když Barbaře bylo sedm let. Tato událost ji změnila v plaché a uzavřené dítě. Recitace básní na základní škole jí pomohly otevřít se a přivést k herectví.
Do širšího povědomí diváků se zapsala díky ztvárnění role křehké Anežky ve vysoce ceněném filmu režiséra Zdeňka Tyce Vojtěch, řečený sirotek (1989) a rolí Evy ve filmu Žiletky (1993), režírovaném opět Zdeňkem Tycem.
Později dala přednost mateřství před hereckou kariérou. Ovšem i nadále se hlásila na filmové konkurzy, včetně zahraničních produkcí. I přes jistou „nevýhodu“ mateřství slavila úspěch - italský režisér Silvio Soldini si ji vybral do hlavní ženské role ve filmu Brucio nel vento (2002), který získal několik ocenění a byl přihlášen do hlavní soutěže Berlinale.
Po delší pauze způsobené nádorovým onemocněním, o němž vypráví v TV cyklu České televize 13. komnata, se vrátila na divadelní scénu a v roce 2013 byla nominována na Cenu Alfréda Radoka za roli „A" v inscenaci Terminus.