Née à Talence en 1972, Barbara Schulz passe son enfance entre le Béarn, le Pays basque et les Charentes, avant d'arriver à Paris à l'âge de huit ans. Élevée dans l'amour du spectacle par une mère à la « vocation de saltimbanque » contrariée, elle commence des cours de comédie à 15 ans au cours Simon. Après un bac scientifique, elle reprend une formation d'art dramatique auprès de Jean-Laurent Cochet, elle avoue humblement qu'elle « n'était pas du tout une vedette de cours, bien au contraire. », tout en continuant ses études jusqu'en licence de sciences économiques à l'Université Paris I Panthéon-Sorbonne.
Après des apparitions dans des courts métrages, dont Vita sexualis de Vincent Garenq en 1993, et des publicités, dont une qu'elle décrit comme « un souvenir cauchemardesque, habillée comme une pouffe avec un baril de lessive à la main » et une autre pour une marque de chewing-gum fameuse, elle obtient en 1993 son premier rôle au cinéma dans le film Coup de jeune. Elle incarne une jolie fille de 14 ans, elle en a en fait 20, qui lance à
Jean Carmet : « C'est nul comme comportement ». On la découvre la même année à la télévision dans une grande saga estivale, Les Grandes Marées.
En 1994, son aspect juvénile permet à Barbara, comme dans Coup de jeune, d'incarner une adolescente dans les deux premiers épisodes de la série télévisée Madame le proviseur. Elle est encore une lycéenne séduite par
Vincent Lindon dans L'Irrésolu. Cette même année, elle monte sur les planches pour la première fois dans Les Sorcières de Salem. Cette première est un succès puisque la pièce sera jouée plus de six mois.
On la retrouve en 1995 à l'affiche d'une production américaine
French Kiss dans un petit rôle aux côtés de
Kevin Kline et
Meg Ryan. Elle reste bluffée par les moyens dont disposent les américains et se souvient du homard servi à la cantine lors du tournage.
Elle embarque ensuite pour Cuba pour tourner la grande saga estivale de 1996 Terre indigo où elle incarne la soeur de Christiana Reali. Elle profite des sept mois passés sur l'île pour s'initier à l'espagnol et à l'équitation.
En 1997, elle décroche son premier grand rôle au théâtre dans Dommage qu'elle soit une putain de John Ford mise en scène de Jérôme Savary, rôle qui la révèle à la critique. Dans cette pièce, elle est Annabella, une jeune fille de 16 ans qui vit un amour dévastateur avec son frère dans l'Angleterre du XVIe siècle.
En 1998,
Robin Renucci lui offre d'incarner un personnage de son âge dans le téléfilm La femme d'un seul homme. Ce rôle de femme la change de la plupart de ses compositions précédentes : « Quand Robin m'a appelée pour ce rôle, j'étais vraiment étonnée. Nous nous étions rencontrés sur le tournage de La famille Sapajou, où je jouais encore les petites pestes ».
On la retrouve encore à la télévision, mais aussi dans de petits rôles au cinéma, jusqu'à son premier rôle principal au cinéma en 1999, dans l'adaptation cinématographique du roman d'Amélie Nothomb Hygiène de l'assassin de François Ruggieri. Elle y incarne une jeune journaliste plutôt mystérieuse aux côtés de
Jean Yanne. La même année, elle est au théâtre la fille d'un autre grand,
Gérard Depardieu, qui est Charles Quint dans les Les Portes du ciel de Jacques Attali. Ensuite, pour jouer dans le film brésilien O Dia da Caça, O, elle apprend le portugais. Le tournage au Brésil lui permet de découvrir l'Amazonie et la jungle, où elle n'hésite pas à s'aventurer dès que la caméra cesse de tourner. Finalement, on peut la voir dans
La Dilettante, où elle incarne la fille de
Catherine Frot, une interprétation qui lui vaut d'être nommée aux Césars dans la catégorie du Meilleur Espoir Féminin.
En 2000, apprenant lors d'un déjeuner avec Christiana Reali, amie depuis Terre indigo, que le metteur en scène Bernard Murat recherchait une actrice pour reprendre le rôle que
Nicole Calfan avait créé dans Joyeuses Pâques, elle obtient une audition. Pour cette audition, elle doit lire une scène face à
Pierre Arditi et décroche, en moins d'une heure, le rôle qui lui vaudra le Molière de la révélation féminine en 2001. Pendant près d'un an et demi, elle incarne Julie, une jeune femme que Pierre Arditi espère prendre pour maîtresse mais qu'il doit faire passer pour sa fille cachée lorsque sa femme revient à l'improviste. Elle confie alors : « Ça m'a longtemps agacée qu'on ne me propose que des rôles de gamine. J'avais envie de crier : "Non, je suis une femme maintenant !". Aujourd'hui, je m'y suis faite. Et puis Julie est plus une femme voyou avec, certes, des côtés espiègles, enfantins. »
En 2001, elle obtient le Prix Suzanne Bianchetti pour Un aller simple de
Laurent Heynemann, un
road movie qui la conduit en compagnie de
Jacques Villeret et Lorànt Deutsch sur les pistes du Haut Atlas.
En 2003,
Robert Hossein la choisit pour le rôle d'Antigone à ses côtés dans Antigone de
Jean Anouilh mise en scène par Nicolas Briançon. Toujours en 2003, on la retrouve à l'affiche de trois longs métrages dans trois rôles très différents. Dans Livraison à domicile de Bruno Delahaye avec
Bruno Solo, elle incarne Alex, un véritable garçon manqué et un personnage introverti. Dans
Toutes les filles sont folles, où elle incarne Céleste Plaisir, une jeune femme qui décide, après plusieurs échecs sentimentaux, de kidnapper l'homme de sa vie. Pour l'anecdote, l'actrice est arrivée très tardivement sur le projet, après que la réalisatrice
Pascale Pouzadoux a dû changer son casting à seulement quelques jours du tournage. Enfin, elle rejoint le casting de
Rien que du bonheur, premier long-métrage de
Denis Parent, de nouveau aux côtés de
Bruno Solo.
En 2005, pour la télévision, elle incarne Jeanne, héroïne du célèbre roman Une vie de Maupassant.
En 2006, elle est Gabrielle, la maîtresse occasionnelle de
Johnny Hallyday, alias Jean-Philippe Smet, dans la comédie fantastique
Jean-Philippe de
Laurent Tuel. Même si elle est peu présente à l'écran, son rôle dans la genèse du projet est primordial et le scénariste, Christophe Turpin, confie : « À l'époque, je n'avais aucune certitude sur la faisabilité du projet. Seule Barbara Schulz, emballée par l'idée, m'avait conseillé d'aller au bout en me promettant de tout faire pour la faire passer à Johnny ». D'ailleurs Johnny confirme : « Là-dessus, l'actrice Barbara Schulz, qui joue aussi dans le film, a insisté. Finalement, j'ai lu le scénario. »
En 2007, elle interprète la soeur de Bérénice Bejo dans
La maison de
Manuel Poirier, où Sergi López cherche à racheter la maison d'enfance des deux soeurs qui a été saisie pour être vendue aux enchères.
En 2008, elle est Présidente d'honneur de la 22eNuit des Molières, aux côtés de
Clovis Cornillac.
Elle est mariée et a une fille née en 2005.