Después de terminar la preparatoria, asistió a clases de actuación en la Escuela de Arte Dramático Schuster-Martin en Cincinnati, posteriormente continuó su formación en New York, con maestras como Uta Hagen y Stella Adler. Financió sus estudios trabajando como modelo. Consiguió su primer papel cuando fue invitada a unirse a la compañía itinerante dirigida por Zero Mostelde con la comedia, Lunatics and Lovers de Sidney Kingsley. A principios de la década de 1960, fue corista en Las Vegas. Adoptó el apellido Stuart pertenecinte a su árbol familiar.
Stuart se casó con el actor Dick Gautier en 1967. Su luna de miel se canceló debido a su hospitalización por un coágulo de sangre en su pierna. Estuvo hospitalizada durante ocho meses mientras el coágulo se desplazaba a su pulmón y desarrollaba neumonía. La pareja que no tuvieron hijos, se divorciaron en 1979. Tuvo tres hijastros por parte del actor, fruto de su primer matrimonio: Chrissie, Randy y Denise Gauthier.
La actriz Barbara Stuart falleció el 15 de mayo de 2011, en una residencia de ancianos en St. George, Utah, a la edad de 81 años. En los últimos años luchó contra una enfermedad muscular degenerativa. Tras su muerte, sus restos fueron incinerados y sus cenizas fueron esparcidas.
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