Antônio de Barros Carvalho nasceu em Palmares (PE) no dia 12 de fevereiro de 1899, filho de José de Carvalho e Albuquerque e de Francisca de Barros Carvalho. Diplomou-se pela Faculdade de Farmácia e Odontologia.

Seu primeiro cargo público foi o de fiscal do imposto de consumo, função que exerceu durante vários anos. Em seguida, foi nomeado superintendente da fiscalização dos impostos federais. Durante a gestão de Artur de Sousa Costa no Ministério da Fazenda, foi assessor técnico do ministro. Neste período, desenvolveu também importante atividade jornalística em Recife. Foi redator do Diário de Pernambuco e diretor do Jornal Pequeno.

Filiado à União Democrática Nacional (UDN), elegeu-se primeiro suplente de deputado federal em Pernambuco, em 1945. Entre junho e dezembro de 1947, ocupou uma cadeira na Câmara. Elegeu-se deputado federal em outubro de 1950 pela Coligação Democrática Pernambucana, que reunia seu partido, a UDN, o Partido Trabalhista Brasileiro (PTB), o Partido Republicano (PR), o Partido de Representação Popular (PRP) e o Partido Libertador (PL).

Em 1953, já filiado ao PTB, reelegeu-se deputado federal pelo Movimento Popular Autonomista, aliança entre o PTB e o Partido Social Trabalhista (PST). No exercício deste mandato, ocupou o cargo de primeiro-secretário da Câmara e presidiu, em 1958, a Comissão Parlamentar de Inquérito conhecida como "CPI da American Can Co.". Nas eleições parlamentares de outubro de 1958 elegeu-se senador e, ao mesmo tempo, reelegeu-se deputado federal pelas Oposições Unidas de Pernambuco, optando pelo mandato no Senado.

No dia 6 de junho de 1960, Barros Carvalho foi nomeado ministro da Agricultura pelo presidente Juscelino Kubitschek em substituição a Mário Meneghetti. Durante sua gestão, baixou o decreto que instituiu anualmente a Semana da Agricultura em caráter nacional. Com a posse do presidente Jânio Quadros, em 1961, Barros Carvalho deixou o ministério e reassumiu sua cadeira no Senado.

Encontrava-se na República Popular da China integrado à comitiva do vice-presidente João Goulart, em missão comercial, quando ocorreu a renúncia do presidente da República em 25 de agosto de 1961. Entretanto, Barros Carvalho permaneceu com o vice-presidente em Paris. Embora contrário ao Ato Adicional nº 4, que instituiu o regime parlamentarista no Brasil, Barros Carvalho foi favorável à sua votação urgente pelo Congresso como forma de garantir a ascensão imediata de Goulart à presidência.

Em novembro de 1961, Barros Carvalho apoiou a Emenda Constitucional nº 5 que, aprovada pelo Congresso Nacional, estabeleceu a distribuição da cota de 10% do imposto de consumo aos municípios.

A partir de 1962, iniciou-se no país uma ampla campanha pelo retorno do presidencialismo, debatendo-se intensamente a possibilidade de se antecipar o plebiscito previsto para 1965. Barros de Carvalho defendeu a antecipação do referendo, posição que acabou saindo vencedora no Congresso em 1962. O plebiscito foi realizado em janeiro de 1963, determinando o retorno ao sistema presidencialista.

Líder do PTB no senado de 1962 a 1965, Barros Carvalho foi ainda líder da maioria (PTB e PSD) em 1963 e 1964, além de ter ocupado os cargos de primeiro e segundo-secretário do Senado. Foi partidário do intervencionismo econômico e do monopólio estatal do petróleo, da energia elétrica, das telecomunicações, dos minérios radiativos e dos transportes ferroviários e marítimos. Absteve-se de votar propostas divorcistas e foi favorável às reformas eleitoral, bancária, administrativa e tributária. Como jornalista, colaborou com o Estado de Minas Gerais e o Diário de São Paulo.

Casou-se em primeiras núpcias com Lígia de Barros Carvalho, com quem teve três filhos. Viúvo, casou-se pela segunda vez com Amália Guimarães de Barros, com quem teve uma filha. Faleceu em Recife, no dia 3 de setembro de 1966.