Né dans une famille de mareyeurs bretons, il obtient un diplôme d'ingénieur des Arts et métiers (promotion Angers 1955, dite « An155 »). Cependant, il préfère se tourner vers la chanson.

En 1961, il adopte son pseudonyme et participe au concours du Coq d’or de la chanson française dont la finale se déroule à l'Olympia. Il parvient en finale avec sa chanson Cathy et se classe 11e sur 12. Mais pendant ce concours Bruno Coquatrix le remarque et Alain Barrière signe un contrat avec la maison de disques RCA.

En février 1962 il passe à l'Olympia dans le programme de Colette Renard où il interprète 5 chansons.

Il vit alors de quelques cachets dans les petites salles parisiennes avant de se faire un nom, en 1963, avec le succès du titre Elle était si jolie, sélectionné pour représenter la France au Concours Eurovision de la chanson où il finit 5e. Le pianiste et chef d'orchestre André Livernaux assure les arrangements de ses premières chansons.

En septembre 1963 il passe à l'Olympia dans le spectacle de Paul Anka où il interprète 10 chansons.

C'est en 1964 qu'il obtient son plus grand succès avec Ma vie et qu'il se produit en vedette à l'Olympia.

En 1966 et 1968 c'est le music-hall Bobino qui l'accueille.

D'autres succès suivent, parmi lesquels Emporte moi, Rien qu'un homme et C'était aux premiers jours d'avril.

Il effectue par la suite plusieurs passages à l'Olympia en 1967, 1972, 1974, 1976 et 1978.

Un autre grand succès est Tu t'en vas, interprété en duo avec Noëlle Cordier en 1974. L'année suivante, il fait construire et crée le Stirwen (« étoile blanche » en breton) un théâtre-discothèque-restaurant situé à Carnac, avec une salle de spectacle (amphithéâtre) dans laquelle il donne des concerts chaque été.

En 1977, il quitte la France pour les États-Unis : l'entreprise Stirwen a des difficultés et le chanteur des démêlés avec le fisc. Il revient quatre ans plus tard, mais les deux albums qu'il enregistre n'ont pas le succès escompté. Un second exil le mène au Canada où il enregistre De Québec à Montréal. Barrière raconte ses déboires dans son autobiographie, notamment l'intervention d'individus à son domicile, affaire qui venait de haut lui dira-t-on à l'époque laissant penser que son succès suscita des jalousies déguisées et des pressions politiques. Il ne revient définitivement qu'au début des années 1990, mais sans renouer véritablement avec la chanson.

En 1998 il sort un CD de nouvelles chansons Barrière 97 et une compilation de ses meilleures chansons, Ma vie. Il passe à la Salle Pleyel de Paris en 1998.

Sa fille Guenaëlle, avocate, relance sa carrière vers 2005. En 2006, il publie son autobiographie, Ma vie, aux Éditions du Rocher (avec trois nouvelles chansons : If [Tu seras un homme] (texte de Rudyard Kipling), Quand la mer s'est retirée et Hymne à la Bretagne (hommage à sa terre natale)). Il lance aussi une nouvelle compilation, La Compilation authentique. Il donne plusieurs concerts au Canada, notamment au Québec, et y est bien accueilli (un disque d'or au Canada).

En 2007, il entame à partir de mars 2007 une grande tournée en France. Un nouveau CD paraît à l'automne 2007 chansons françaises. On y trouve une remarquable interprétation de La Foule, Le Petit Bonheur, Les Copains d'abord, Ne me quitte pas, La Mer et Le Temps des cerises.

En novembre 2010, paraît le Best of d'Alain Barrière, un album de 53 titres composés de titres phares mais aussi de nombreuses chansons jamais encore enregistrées sur CD.

Le 5 juillet 2011, il est invité à l'émission de France 3 Village départ à Lorient, présentée par Laurent Luyat, à l'occasion du départ de la 4e étape du Tour de France : Lorient - Mûr-de-Bretagne.

Le 5 septembre 2011, l'artiste annonce qu'il est contraint de renoncer à ses adieux à la scène programmés le 10 septembre 2011 à La Trinité-sur-Mer1 (son village natal) et le 16 septembre 2011 au Palais des Congrès de Paris2 pour raisons de santé, étant dans l'impossibilité, après avoir subi deux accidents vasculaires cérébraux, de se tenir debout durant deux heures de spectacle.