Beaufort West-ben született 1922. november 8-án. A fokvárosi orvostudományi egyetemen szerzett diplomát, majd 1947-től az ottani Groote Schuur kórházban kezdett el dolgozni. Kezdő orvosként végzett kutatásai alapján a világon elsőként ismerte fel, hogy a vékonybél veleszületett elzáródása a magzat vérellátásának elégtelenségére vezethető vissza. 1956-58 között az Egyesült Államokban, a Minnesotai Egyetemen folytatott tanulmányokat, s itt végezte élete első szívműtétjét is. 1958-ban tért vissza a Groote Schuur kórházba, amelynek vezető mellkas- és szívsebésze lett. Dél-Afrikában ő vezette be a nyitott szívműtétet, új típusú szívbillentyűket tervezett, és 1964-ben kiterjedt szívátültetési kísérletsorozatot indított el kutyákon. 1967. december 3-án a világon elsőként ő hajtott végre sikeres, emberből emberbe történő szívátültetést. A beteg 18 nappal később meghalt, de az 1968. január 2-án elvégzett második transzplantáció páciense már 19 és fél hónapot élt új szívével. Ettől kezdve Barnard számos szívátültetést végzett, 1974-ben az első kettős műtétet is ő hajtotta végre. 1983-ban a kezeit megtámadó ízületi gyulladás véget vetett sebészi munkájának, amely mellett az írásra is szakított időt. Önéletrajza One Life címmel jelent meg 1970-ben, majd 1996-ban A donor című regényével sci-fi íróként is bemutatkozott. Klinikát vezetett Görögországban, 1993-ban görög állampolgárságot kapott, míg végül 2000-ben Ausztriában telepedett le. 2001-ben bekövetkezett halálát asztmaroham okozta.