Barbara Anne Hall nasceu em Bethel Park, Pensilvânia (EUA), em 12 de março de 1933. Após se formar em artes cênicas pela Carnegie Mellon University, ela participou de um popular programa de perguntas e respostas na televisão, respondendo perguntas sobre o escritor inglês William Shakespeare. Ela não só ganhou o prêmio máximo, como também chamou a atenção dos produtores de TV, que ficaram encantados com sua beleza e desenvoltura diante das câmeras.

Em 1964, mesmo ano em que participou do programa, ela fez sua estreia como atriz, atuando em dois episódios da série East Side/West Side.

Barbara ainda faria diversas participações em séries como As Enfermeiras (The Nurses), Flipper (Idem) e O Agente da UNCLE (Thee Man from U.N.C.L.E.).

Em 1965, ela recebeu o convite para interpretar aquele que seria seu papel mais famoso, o da Agente 99 na série Agente 86 (Get Smart, 1965-1970). Ao lado de Don Adams, o Agente 86, ela protagonizou a série que fez um grande sucesso e tem muitos fãs espalhados pelo mundo até hoje. Por sua interpretação, recebeu duas indicações ao prêmio Emmy de Melhor Atriz.

Barbara Feldon cantando em espanhol em Agente 86:

Com o fim da série, a atriz não conseguiu repetir o sucesso, ficando estigmatizada com a personagem que interpretara.

No cinema, Barbara estreou como figurante em Capricho (Caprice, 1965), estrelado por Doris Day. Também fez um pequeno papel À Queima-Roupa (Point Blank, 1967).

Mas em 1967 estrelou, ao lado de Dick Van Dyke, a comédia O Mordomo Trapaceiro (Fitzwilly, 1967). Mas atuou pouco no cinema, aparecendo em filmes como Smile (1975) e Garotos Travessos (No Deposit, No Return, 1976).

Também atuou em alguns filmes feitos para a televisão.

De volta à TV, fez aparições regulares no programa Laugh-In (1967-1968) e participações em séries como Os Audaciosos (The Name of the Game) e Controle Remoto (Search).

Barbara interpretou personagens que lembravam a eterna Agente 99, como a espiã Diane Caldwell na série Louco Por Você (Mad About You).

A atriz chegou mesmo a retomar o papel que a consagrara no filme Agente 86... De Novo?! (Get Smart, Again!, 1989) e na série de TV Get Smart (1995), ao lado do antigo colega Don Adams. Porém, o retorno da série não foi bem-sucedido e foi cancelada após sete episódios.

Curiosamente, a atriz não foi convidada e nem sua personagem é citada no filme baseado na série feito em 1980. Em A Bomba Que Desnuda (The Nude Bomb, 1980), o Agente 86 tem como parceira a Agente 34, interpretada pela atriz Sylvia Kristel (a eterna intérprete de Emannuelle).

Além de Adams, o único membro do elenco original da série a aparecer no filme foi o ator Robert Karvelas, o Larabee. Karvelas e Adams eram primos na vida real.

Entre 1967 e 1979 a atriz viveu com o produtor de Agente 86 Burt Nodella, mas nunca se casaram oficialmente e ela nunca teve filhos. Em 2003, a atriz lançou um livro de autoajuda chamado Living Alone and Loving It! (Morando Sozinha e Amando isto!, em tradução livre).

Seu último trabalho como atriz foi no filme The Last Request (2006).

Atualmente aposentada, Barbara Feldon reside em Nova York (EUA).

Frequentemente participa de convenções ou dá entrevistas sobre a série que a tornou famosa.