Lahir di Bandung pada tanggal 18 Maret 1921. Sekitar tahun 1935, Barli mulai belajar melukis di studio milik Jos Pluimentz, seorang pelukis asal Belgia yang tinggal di Bandung. Barli lalu banyak belajar melukis alam benda danmerupakan satu-satunya "orang lokal" yang belajar di studio tersebut. Barli juga belajar kepada Luigi Nobili, pelukis asal Italia. Di tempat tersebut Barli ketemu Affandi. Kemudian, bersama Affandi, Hendra Gunawan, Soedarso, dan Wahdi Sumanta, Barli Sasmitawinata membentuk “Kelompok Lima Bandung”. Di tahun 1948, Barli mendirikan Sanggar Seni Rupa Jiwa Mukti. Selama perjalanan seni rupa awal Barli, ia dikenal sebagai seorang ilustrator. Sejak tahun 1930-an Barli dikenal sebagai ilustrator di Balai Pustaka, Jakarta. Dia juga menjadi ilustrator untuk beberapa koran yang terbit di Bandung.

Pada tahun 1950, Barli mendapatkan beasiswa dari Pemerintah Belanda untuk belajar di Academie Grande de la Chaumiere, Paris, Perancis. Ia masih meneruskan studi di Rijksacademie voor Beeldende Kunsten, Amsterdam, Belanda, sampai tahun 1956. Selama di luar negeri, Barli diangkat menjadi ilustrator pada majalah De Moderne Boekhandel di Amsterdam, dan majalah Der Lichtenbogen di Recklinghausen, Jerman. Sepulangnya dari sekolah, ia mendirikan Sanggar Rangga Gempol di kawasan Dago, Bandung pada tahun 1958. Ia mengajar seni lukis di Institut Teknologi Bandung (ITB) dan menjadi salah seorang perintis jurusan seni rupa di Institut Kejuruan dan Ilmu Pendidikan (IKIP) Bandung (kini bernama Universitas Pendidikan Indonesia) pada tahun 1961. Namun, sesungguhnya Barli banyak mengajar murid secara informal di sanggar. Tahun 1992 ia mendirikan Museum Barli Bandung.

Karya-karyanya pernah dipamerkan baik di dalam maupun luar negeri. Koleksinya juga dipamerkan di Museum Barli Bandung. Pada tahun 2000, ia menerima penghargaan Satyalancana Kebudayaan dari presiden. Barli meninggal pada Kamis 8 Februari 2007. Ia meninggalkan 2 anak kandung, 3 anak tiri, 15 cucu, dan 9 buyut. Setelah istri pertamanya, Atikah Basari (menikah 1946) meninggal tahun 1991, ia menikah lagi dengan Nakisbandiyah tahun 1992. Barli meninggal dunia di Bandung, 8 Februari 2007.