Nascido no Uruguai, Carlos Barrios graduou-se em medicina pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS), em Porto Alegre. Fez Residência em Clínica Médica pelo Hospital de Clínicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul e pelo Jackson Memorial Hospital, da University of Miami. Ainda nos Estados Unidos, fez especialização em hematologia e oncologia, com certificação da American Board of Internal Medicine (ABIM), nos hospitais Barnes e Jewish, vinculados a Washington University, em Saint Louis. 

Desde 1996, é diretor e pesquisador do Centro de Pesquisa em Oncologia do Hospital São Lucas, da mesma instituição; participou de mais de 300 ensaios clínicos ao longo dos últimos 25 anos; e é co-fundador e atual presidente da Latin American Cooperative Oncology Group (LACOG).

Ao longo da carreira, Dr. Barrios tem concentrado sua atuação clínica e científica no tratamento e na pesquisa do câncer de mama. É autor de diversos artigos e apresentações em congressos científicos internacionais. Em 2024, foi incluído na lista Highly Cited Researchers da Clarivate, que reconhece os 1% de pesquisadores mais citados do mundo na área de medicina. 

Segundo o Google Scholar, Dr. Barrios já foi citado cientificamente mais de 73 mil vezes, números esses que refletem sua relevância e contribuição para o avanço da pesquisa em oncologia clínica. Em reconhecimento à sua dedicação à área, foi o primeiro a ser contemplado com a nova categoria dos Prêmios SBOC: o Prêmio de Pesquisa. 

Associado SBOC desde 1990, ele também integra diversas organizações médicas, como a American Society of Clinical Oncology (ASCO), European Society of Medical Oncology (ESMO), American Association for Cancer Research (AACR), Grupo Brasileiro de Estudos do Câncer de Mama (GBECAM), Grupo Brasileiro de Oncologia Torácica (GBOT) e International Association for the Study of Lung Cancer (IASLC). 

Em conversa com a SBOC para a revista Oncologia&Oncologistas, Dr. Barrios contou que encontrou na medicina uma maneira de se engajar, em um momento histórico que o Uruguai passava por um golpe militar que fechou a faculdade na qual cursava medicina. “Enfrentar o sofrimento alheio e se posicionar como alguém que pode ajudar a superá-lo foi o que me levou, primeiro, à medicina e, anos depois, à oncologia clínica”, contou.

Sobre o seu envolvimento com pesquisa, afirma que surgiu da necessidade de beneficiar pacientes que não tinham alternativas de tratamento ou cuidado. "Seja porque o que havia disponível já se esgotara ou, como costuma ser para a maioria das pessoas que enfrentam um câncer em países como o Brasil, porque não se tem acesso às melhores terapias. Ainda que, eventualmente, as terapias experimentadas na pesquisa clínica não funcionem plenamente ou que a área careça de maior estímulo, oferecemos esperança e isso pode fazer toda a diferença."

Uma de suas paixões foi o futebol. Dr. Barrios jogava nas categorias inferiores do Grêmio Foot-Ball Porto Alegrense. No 3º ano da graduação, precisou fazer uma escolha: jogar um campeonato em São Paulo ou aproveitar a praia para descansar da demanda como estudante. Decidiu pela praia e pela medicina. Uma música que o inspira é "Viva La Vida", da banda inglesa Coldplay.