Ultimate Fighting Championship
2010
A estreia de Edson no UFC seria contra Darren Elkins em 20 de novembro de 2010, no UFC 123. Contudo, Elkins foi forçado a se retirar do card com uma lesão e foi substituído pelo estreante na organização Mike Lullo. A luta foi bastante equilibrada no primeiro round, com Lullo tentando uma gogoplata na posição inferior. No segundo, Barboza mandou vários chutes nas pernas, dois dos quais derrubaram Lullo. Logo no terceiro round, Barboza derrotou Lullo por nocaute técnico com chutes nas pernas.
2011
Barboza enfrentou Anthony Njokuani em 19 de março de 2011 no UFC 128 e venceu a luta por decisão unânime. A luta rendeu aos lutadores o prêmio de Luta da Noite.
Em 27 de agosto de 2011, Barboza derrotou Ross Pearsonno UFC 134 por decisão dividida.
2012
No UFC 142, em 14 de janeiro de 2012, Barboza derrotou Terry Etim por nocaute no terceiro round com um chute rodado. O comentarista Joe Rogan disse que esse foi o primeiro nocaute com chute rodado na história do UFC. O chute deu à Barboza o prêmio de Nocaute da Noite. E a luta equilibrada deu aos dois o prêmio de Luta da Noite.
Para enfrentar Edson Barboza em 26 de maio de 2012 no UFC 146, era esperado Evan Dunham, mas Dunham saiu da luta devido à uma lesão e foi substituído pelo veterano Jamie Varner. Barboza sofreu sua primeira derrota profissional no MMA para Varner por nocaute técnico no primeiro round.
2013
Em 19 de janeiro de 2013, no UFC on FX: Belfort vs. Bisping, Edson Barboza deveria enfrentar Justin Salas . Porém, Salas foi forçado à se retirar da luta com uma lesão e foi substituído pelo estreante no evento Lucas Martins. Barboza derrotou Martins por finalização devido a socos aos 2:38 do primeiro round.
No UFC 162, em 6 de julho de 2013, Barboza iria enfrentar John Makdessi, mas uma lesão tirou Makdessi do evento e então ele enfrentou Rafaello Oliveira. Barboza venceu a luta por nocaute técnico devido à chutes nas pernas no segundo round.
Barboza enfrentou Danny Castillo em 14 de dezembro de 2013 no UFC on Fox: Johnson vs. Benavidez II. Após quase ser nocauteado no primeiro round, Barboza deu à volta por cima e ganhou os rounds seguintes e vencendo a luta por decisão majoritária. Barboza e Castillo ainda faturaram o prêmio de Luta da Noite.
2018
Barboza enfrentou Kevin Lee em 21 de abril de 2018, no UFC Fight Night 128. Na pesagem, Lee pesou 71,2 kg (157 libras), 454 g (uma libra) acima do limite máximo de 70,8 kg (156 libras) para lutas sem disputa de título na categoria peso-leve. Consequentemente, a luta prosseguiu em peso combinado, e Lee abriu mão de 20% de sua bolsa para Barboza. Barboza conseguiu conectar um chute giratório e machucar Lee, mas acabou perdendo por nocaute técnico devido à interrupção médica no quinto round.
Após perder duas lutas consecutivas, Barboza decidiu retornar à Flórida e à American Top Team.
No UFC on Fox 31, realizado em 15 de dezembro de 2018, Barboza enfrentou Dan Hooker. Edson venceu a luta por nocaute técnico no terceiro round.
2019
Edson Barboza enfrentou Justin Gaethje em 30 de março de 2019, no UFC on ESPN 2. Ele perdeu a luta por nocaute no primeiro round. Essa luta lhe rendeu o prêmio de Luta da Noite.
Em seguida, Barboza enfrentou Paul Felder em uma revanche em 7 de setembro de 2019, no UFC 242. Ele perdeu a luta por uma controversa decisão dividida. Treze dos dezesseis veículos de mídia de MMA pontuaram a luta a favor de Barboza, e, posteriormente, a decisão foi contestada. O UFC, atuando em substituição a uma comissão atlética, negou o recurso.
2020
Em 31 de dezembro de 2019, Barboza anunciou sua intenção de descer para a categoria peso-pena. Esperava-se que ele enfrentasse Josh Emmett em uma luta peso-pena em 2 de maio de 2020, no UFC Fight Night: Hermansson vs. Weidman. No entanto, em 9 de abril, Dana White anunciou que o evento havia sido adiado. Em vez disso, Barboza enfrentou Dan Ige em 16 de maio de 2020, no UFC on ESPN: Overeem vs. Harris. Ele perdeu a luta por outra controversa decisão dividida. Dezesseis dos 18 veículos de mídia de MMA pontuaram a luta a favor de Barboza.
Esperava-se que Barboza enfrentasse Sodiq Yusuff em 11 de outubro de 2020, no UFC Fight Night 179. No entanto, Yusuff desistiu da luta em 22 de setembro por razões não divulgadas, e foi substituído por Makwan Amirkhani. Ele venceu a luta por decisão unânime.
2021
Em 25 de fevereiro de 2021, surgiram notícias de que Barboza havia assinado um novo contrato com várias lutas com o UFC, embora ainda tivesse uma luta restante em seu contrato vigente. Em maio, Barboza revelou que o contrato era para seis lutas.
Barboza enfrentou Shane Burgos em 15 de maio de 2021, no UFC 262. Ele venceu a luta por nocaute no terceiro round, após Burgos sofrer uma espécie de efeito retardado de cruzado de direita de Edson. Essa luta rendeu a Barboza o bônus de 75 mil dólares pela Luta da Noite.
Em 28 de agosto de 2021, no UFC on ESPN 30, Barboza enfrentou o georgiano Giga Chikadze. Após uma luta equilibrada, Barboza perdeu por nocaute técnico no terceiro round.
2022
Barboza enfrentou Bryce Mitchell em 5 de março de 2022, no UFC 272. Ele perdeu a luta por decisão unânime.
Posteriormente, Edson Barboza iria enfrentar Ilia Topuria em 29 de outubro de 2022, no UFC Vegas 63. No entanto, Barboza desistiu no final de setembro devido a uma lesão no joelho.
2023
Edson Barboza enfrentou Billy Quarantillo em 15 de abril de 2023, no UFC on ESPN 44. Edson venceu a luta por nocaute no primeiro round. Essa vitória lhe rendeu seu segundo prêmio de Performance da Noite.
Em seguida, Barboza enfrentou Sodiq Yusuff em 14 de outubro de 2023, no UFC Vegas 81. Depois de quase ser finalizado com socos no primeiro round, Edson se recuperou e venceu a luta por decisão unânime. Essa performance lhe rendeu seu nono prêmio de Luta da Noite, tornando-se o maior venceu desse prêmio de forma isolada.
2024
Edson fez a luta principal do UFC Vegas 92, ocorrido no dia 18 de maio de 2024, contra Lerone Murphy. Barboza perdeu a luta por decisão unânime. Embora tenha perdido, essa performance lhe rendeu seu décimo prêmio de Luta da Noite.
2025
Barboza enfrentaria Steve Garcia em 22 de fevereiro de 2025, no UFC Fight Night 252. No entanto, Edson desistiu da luta devido a uma lesão e o combate foi cancelado.
Em 16 de agosto de 2025, no UFC 319, Barboza enfrentou o lutador americano Drakkar Klose em uma luta na categoria peso-leve. O brasileiro perdeu a luta por decisão unânime.
Em seguida, no UFC 323, Edson enfrentou Jalin Turner. Nessa lutada, realizada em 6 de dezembro de 2025, Barboza perdeu por nocaute técnico no primeiro round.
2026
Edson enfrentou o lutador argentino Esteban Ribovics em 15 de agosto de 2026, no UFC 330. O brasileiro perdeu a luta por nocaute técnico no segundo round e anunciou sua aposentadoria do MMA em sua entrevista pós-luta.
