Marcel Barbeau naît à Montréal le 18 février 1925. Entre 1944 et 1947, il étudie avec Paul-Émile Borduas à l’École du Meuble de Montréal. À la même époque et jusqu’en 1953, il visite régulièrement l’atelier de Borduas où il rejoint les jeunes artistes et intellectuels qui formeront le groupe des Automatistes. Comme membre de ce mouvement majeur de l’art contemporain canadien, il participe à toutes les expositions du groupe et signe le manifeste Refus Global. Certains historiens de l’art le considèrent comme l’artiste le plus innovateur de ce mouvement. Il fut également un membre junior de la Société d’art contemporain de Montréal avec laquelle il a exposé entre 1945 et 1948.
Il visite New York en 1951 et rencontre certains artistes du mouvement expressionniste abstrait, dont Franz Kline. En 1957, Barbeau se rend sur la Côte Ouest, il s’arrête à San Francisco où il rencontre des peintres de la Pacific School, puis il séjourne un an à Vancouver et expose à la West End Gallery. De 1962 à 1974 et de 1991 et 2008, il vit principalement en France et aux États-Unis. À Paris, il revoit Fernand Leduc, Jean-Paul Riopelle et Marcelle Ferron, ses amis du groupe des Automatistes. Il y fait également la connaissance d’artistes minimalistes et cinétistes de la galerie Iris Clert où il expose de 1963 à 1965. Parmi ces artistes, l’un des maîtres italiens de l’abstraction, Lucio Fontana signe l’introduction de son catalogue d’exposition solo à la Galerie Iris Clerc en mars 1964. À New York, où il vit de l’été 1964 à l’automne 1968, Barbeau fréquente des membres du Groupe de recherche d’arts visuels et de l’école d’art optique américaine avec lesquels il expose à travers les États- Unis. Après sa rétrospective à la Winnipeg Art Gallery en 1969, également présentée au Musée d’art contemporain de Montréal et à la Galerie d’art de Scarborough College, de York University, il passe l’année suivante en Californie du Sud où il fait de la photographie et conçoit des projets de sculptures. Puis, il se rend en France en avril 1971 pour assister au vernissage de son exposition d’oeuvres post-automatistes au Centre culturel canadien, qui vient d’être créé, et prolonge ce séjour jusqu’en juillet 1974. Pendant qu’il vit en France, il amorce sa première série de sculptures monumentales, intitulées Pipe’s dreams et réalise ses premières performances. Désormais, la sculpture reprendra une place importante dans sa création. En 1991, Barbeau retourne à Paris et y travaille annuellement pendant quelques mois, et ce, jusqu’à son déménagement à Bagnolet, en banlieue de Paris, à l’automne 1996. Il y réside jusqu’en 2008, tout en continuant de séjourner au Canada chaque été. Il est de retour à Montréal, depuis juillet 2008.
Principalement connu comme peintre, Barbeau a pratiqué la plupart des disciplines des arts visuels : sculpture, dessin, collage, estampe, photographie et performance. Il a créé plusieurs œuvres publiques monumentales. Son travail a été exposé en solo au Canada, aux États-Unis, en Europe et en Afrique du Nord. Il a également participé et participe encore à un grand nombre d’expositions internationales. Son œuvre est largement commentée dans les journaux, les magazines, les catalogues et les livres d’art (publiés autant au Canada, en France qu’aux États-Unis), ainsi que dans sa monographie illustrée, Marcel Barbeau: Le regard en fugue, signée Carole Gagnon et Ninon Gauthier, d’abord publié au Canada, en français et en anglais par CECA (Montréal, 1990), puis en France aux Éditions Cercle d’art (Paris, 1994). Il est aussi le sujet de films et de vidéos, notamment Barbeau Libre comme l’art de la réputée scénariste et réalisatrice, Manon Barbeau, fille de l’artiste. Ce film de 49 minutes traitant de sa carrière, de son travail et de son oeuvre, est coproduit par Inform’Action et l’Office national du film du Canada (2000).Il a été présenté à la FIFA de Montréal (2000) et au Festival international du film sur la culture et l’éducation de l’UNESCO, à Paris (2000).
Marcel Barbeau est récipiendaire de nombreux prix majeurs au Canada et à l’étranger, dont les distinctions honorifiques canadiennes les plus importantes en arts visuels : la bourse Lynch-Saunton du Conseil des arts du Canada (1973), le Prix du Gouverneur général (2013) et le Prix Borduas (2013). Membre de l’Académie royale des arts du Canada depuis 1992, il est Officier de l’Ordre du Canada depuis 1995 et de l’Ordre national du Québec, depuis le printemps 2015. En 1998, Postes Canada a reproduit l’un de ses tableaux sur un timbre de la série en hommage aux peintres Automatistes, signataires de Refus Global.
On trouve les oeuvres de Barbeau dans la plupart des musées d’art canadien, dans plusieurs musées et galeries publiques à l’étranger ainsi que dans un grand nombre de collections privées, publiques et d’entreprises au Canada, aux États-Unis et en Europe, notamment : Le Musée des beaux-arts du Canada (Ottawa), le Musée national des beaux-arts du Québec (Québec), l’Art Gallery of Ontario (Toronto), le Musée des beaux-arts de Montréal (Montréal), le Musée d’art contemporain de Montréal (Montréal), le British Museum (Londres).
En 2018, le Musée National des beaux-arts du Québec rendait hommage à Marcel Barbeau en présentant une grande rétrospective de ses œuvres intitulée Marcel Barbeau : En mouvement.