Barbara Bain, de son vrai nom Millicent Fogel, est une actrice américaine née le 13 septembre 1931 à Chicago, Illinois, (États-Unis)
Diplômée de sociologie de l'université de l'Illinois, elle commence sa carrière en tant que danseuse (sa première passion) puis mannequin à New York.
En 1957, elle épouse l'acteur Martin Landau, avec lequel elle joue ensuite dans des séries télévisées. Le couple a deux enfants, l'actrice Juliet Landau et la productrice de films Susan Bain Landau Finch. Barbara Bain et Martin Landau ont divorcé en 1993.
Barbara Bain est connue pour son rôle de Cinnamon Carter dans la série Mission impossible, où Martin Landau joue également. Elle obtint pour ce rôle trois Emmy Awards en 1967, 1968 et 1969 (en 1967 et 1968, elle obtint ce prix face à Diana Rigg, actrice dans Chapeau melon et bottes de cuir, autre série culte), ainsi qu'une nomination au Golden Globe Award en 1968.
Au début des années 1970, toujours avec Martin Landau, elle joue dans la série télévisée britannique de science-fiction Cosmos 1999 où elle interprète le rôle du docteur Helena Russell, son mari jouant le commandant John Koenig. Ils jouent également ensemble dans Chantage à Washington, un téléfilm de 1973 de Steven Spielberg.
Barbara Bain a également participé à d'autres séries télévisées comme Aventures dans les îles, Perry Mason ou Max la Menace ou encore dans Arabesque.