Político y diplomático al servicio de la República de Venecia. Fue hijo de Francesco di Daniele Barbaro y de Elena Pisani, hija, a su vez, del banquero Alvise Pisani y de Cecilia Giustinian. Casado con Guistina Giustiniani en 1534, con quien tuvo cuatro hijos, uno de los cuales, Francesco, se convirtió en patriarca de Aquileia y otro, Alvise, se casó con una hija de Jacopo Foscarini.

Fue educado en la Universidad de Padua, adonde volvería en 1590 como rector, siendo Galileo uno de los docentes de la institución.

Su primer destino fue como embajador ante la corte francesa de Carlos IX (1561-1564). Más tarde, en 1568, se le encomendó la bailía de Constantinopla, donde, a pesar de ser prisionero durante la guerra turco-veneciana, fue capaz de preparar hábilmente la paz de 1573; ese mismo año fue elegido Procurador de San Marcos.

Fue senador y utilizó su posición para influir en la arquitectura pública en Venecia. Defensor de la arquitectura de Palladio, inspiró grandes obras públicas (Iglesia del Redentor, 1576, el puente de Rialto, 1589-1591; fortaleza de Palmanova, 1593). A la muerte de Francesco Barbaro, Marcantonio y su hermano mayor Daniele Barbaro heredaron una finca en Maser donde encargaron a Palladio la construcción de una villa de nueva planta. La Villa Barbaro forma parte, desde 1996, del conjunto Patrimonio de la Humanidad: "Ciudad de Vicenza y las villas palladianas del Véneto".