Barish disputerade 1962 vid University of California i Berkeley och har sedan 1963 forskat vid California Institute of Technology. Hans forskning har omfattat kärn- och partikelfysik, bland annat studier av kvarkar i nukleoner med hjälp av neutrinokollisioner vid Fermilab. Vid MACRO-laboratoriet i Gran Sasso-tunneln i Italien studerade han magnetiska monopoler, kosmisk strålning