Som dockspelare
1996 inledde Barnhart sin karriär som dockspelare via deltagande i TV-programmet Once Upon a Tree. Där hanterade hon dockorna "Mara the Beaver" och "Mrs. Peeper the Owl".
2003 gjorde Barnhart sin debut på Broadway. Bland annat syntes hon hanterandes ett antal dockor i den Tony-belönade musikalen Avenue Q, och hon medverkade även i föreställningar av pjäsen som sattes upp på andra håll i New York.
Barnhart var mellan 2000 och 2005 återkommande dockspelare på den Nickelodeon-sända TV-serien Oobi, där hon spelade "Mrs. Johnson" och ett antal sidoroller. Hon medverkade också i rollen som "Cleo" på PBS-serien Between the Lion, och hon fungerade som dockspelare för "Kanga" och "Uggla" på serien The Book of Pooh för Disney Channel.
Sedan 2001 är Barnhart del av dockspelarensemblen hos Sesam, där hon bland annat hanterat dockorna "Mama Bear" (sedan 2001) och "Gladys the Cow" (sedan 2002). Efter att Fran Brill 2014 gick i pension, tog hon över dennas hantering av dockan "Zoe".
Jennifer Barnhart arbetade 2007 som dockspelare på Johnny and the Sprites. Detta var ett barnprogram på Disney Channel skapat av hennes kollega John Tartaglia från Avenue Q.
Som skådespelare
Barnhart har synts i rollen som dockspelare i ett antal olika TV-serier. Detta inkluderar ett avsnitt 2006 av I lagens namn. På teaterscenen har hon bland annat spelat en ängel i Angels in America (Gallery Players, senare omvandlad till TV-serie), som "Olivia" i Trettondagsafton och som "Cassie" i Rumors (Connecticut Repertory Theatre).
2011 syntes Barnhart som poliskonstapeln "Randy Osteen" i pjäsen Superior Donuts (skapad av Tracy Letts), vid uppsättningen på Arden Theatre i Philadelphia. Året innan hade hon porträtterat polisen "Lorna Diamond" i I lagens namn-avsnittet "Behave".
