Louis-Ernest Barrias est issu d'une famille d'artistes. Son père est peintre sur porcelaine et son frère aîné, Félix-Joseph Barrias(1822-1907), est un peintre reconnu. Louis-Ernest Barrias s'oriente vers des études artistiques. Entré à l'École des beaux-arts de Paris en 1858, d'abord chez le sculpteur Jules Cavelier et le peintre Léon Cogniet il délaisse la peinture pour s'orienter vers la sculpture sous la direction de François Jouffroy. Second Prix de Rome en 1861 pour Chryséis rendue à son père par Ulysse, il obtient le Prix de Rome en 1865 avec La fondation de Marseille et est engagé sur le chantier de l'Opéra de Paris. 

Barrias séjourne à l'Académie de France à Rome et « devient à son retour en France l'un des plus brillants espoirs de l'École française de sculpture » : si, constate Françoise Cachin, « Paul Dubois, Henri Chapu et Alexandre Falguière constitue le noyau de ce que l'on appelle les néo-florentins », Louis-Ernest Barrias figure bien parmi ceux qui, à leur suite, « se convainquirent que le XVe siècle n'est pas aussi gothique qu'on a voulu le dire et que les Donatello, les Andrea del Verrocchio, les Mino da Fiesole, les Bernardo Rossellino et autres barbares ont vu assez clair dans l'âme humaine : à la suite de cette découverte inattendue, une évolution s'est faite dans l'idéal. La sculpture redevint vivante ". 

C'est dans ce contexte que l'on observe que Le serment de Spartacus de Barrias « offre, dans le corps du supplicié, un écho de la Mise au tombeau de Michel-Ange au Duomo de Florence ». Il produit par la suite de nombreuses œuvres sculptées, la plupart en marbre. En 1881, il est récompensé par une médaille d'honneur des beaux-arts et nommé chevalier de la Légion d'honneur en 1878, puis promu officier en 1881 et commandeur en 1900. L'artiste remplace Auguste Dumont à l'Institut en 1884, puis succède à Jules Cavelier comme professeur aux Beaux-Arts de Paris, où, parmi ses élèves les plus notables, on compte Victor Ségoffin, Charles Despiau et Paul Landowski.

Il a eu trois enfants : Paul (1875-1973), qui deviendra un architecte réputé, lauréat du 2e second grand prix de Rome en 1901 ; Daniel (1883-1969), qui embrassera la carrière militaire, et Madeleine (1877-1925).

Louis-Ernest Barrias meurt des suites d'un refroidissement le 4 février 1905 à son domicile au 9, avenue des Chasseursdans le 17e arrondissement de Paris. Il est inhumé à Paris au cimetière de Passy (8e division).

Une partie de son œuvre est visible dans les lieux publics à Paris, au musée d'Orsay ou au cimetière du Père-Lachaise.