Barbara Schulz alterne allègrement sa carrière entre télévision, cinéma et théâtre. Révélée dès ses vingt ans dans deux grandes sagas estivales télévisuelles, Les Grandes Marées en 1993 et Terre Indigo en 1995, la jeune actrice apparaît pour la première fois au cinéma dans la comédie Coup de jeune de Xavier Gélin (1993). On la retrouve également dans des petits rôles au générique de L'Irresolu (1994) et French Kiss (id.), mais Barbara Schulz préferera se consacrer au théâtre et à la télévision.

Il faudra attendre 1998 pour voir la jeune comédienne réapparaître sur le grand écran. Elle apprend le portugais afin de jouer dans le film brésilien O dia da caca, puis on la retrouve en journaliste autoritaire tenant tête à Jean Yanne dans Hygiene de l'assassin, librement inspiré d'un roman d'Amélie Nothomb. La comédie La Dilettante en 1999, où elle joue la fille de Catherine Frot, lui permet d'être nommé au César du Meilleur espoir féminin l'année suivante.

L'année 2001 restera comme une année faste dans la carrière de la jeune comédienne. Elle décroche le Molière de la révélation féminine de l ‘année pour sa prestation au théatre dans la pièce Joyeuses Pâques ou elle reprend le rôle de Nicole Calfan, ainsi que le prix Suzanne Bianchetti pour le film de Laurent Heynemann Un aller simple dans lequel elle joue un guide aux cotés de Jacques Villeret et Lorànt Deutsch.

Barbara Schulz continue de jongler entre cinéma, télévision et théatre. On la retrouve ainsi, en 2003, au théatre, ou elle interprète le role titre dans la pièce Antigone mais également, cette même année, à l'affiche de trois films : Livraison à domicile de Bruno Delahaye, Toutes les filles sont folles de Pascale Pouzadoux et Rien que du bonheur le premier long métrage de Denis Parent.

Après une grossesse en 2005 et quelques apparitions à la télévision, Barbara Schulz renoue avec le cinéma en 2006, et un petit rôle dans Jean-Philippe de Laurent Tuel et enchaîne en interpretant la soeur de Bérénice Bejo dans La Maison de Manuel Poirier.

Présidente de la 22ème Nuits des Molière au côté de Clovis Cornillac elle est en 2009 à l'affiche de quatre films : De l'autre côté du lit de Pascale Pouzadoux, Un homme et son chien de Francis Huster, Erreur de la banque en votre faveur de Michel Munz et Gérard Bitton et Celle que j'aime d'Elie Chouraqui.

Durant les années 2010, la comédienne apparaît au cinéma dans Une semaine ordinaire, La Dernière leçon et A cause des filles...?, mais c'est clairement du côté du petit écran qu'elle est la plus active. En témoignent ses prestations dans des téléfilms (La Vie à l'envers, Baisers cachés, Mauvaise mère) mais aussi des séries (Le Mystère du lac, Ben, Romance).

En 2021, Barbara Schulz donne la réplique à Cécile Bois dans Gloria, adaptation de la série galloise Keeping Faith dans laquelle une mère de trois enfants voit son quotidien voler en éclats lorsque son mari, qui semblait mener une double vie, disparaît. La native de Talence incarne une enquêtrice à charge contre Gloria, qui lui voue une rancoeur très personnelle.