1866년 6월, 함부르크의 유대인 은행가 모리츠 바르부르크의 장남으로 태어났다. 은행가나 의사가 되라는 부친의 말을 거역하고 본 대학교에서 미술사와 역사, 고고학을 전공하며 카를 위스티의 미술사, 헤르만 우제너의 고대 종교사, 카를 람프레히트의 심리학적 문화사 강의를 들었다. 1891년 스트라스부르 대학교에서 〈산드로 보티첼리의 〈비너스의 탄생〉과 〈봄〉: 이탈리아 초기 르네상스 시대 고대 표상에 관한 연구〉로 박사학위를 받은 뒤 피렌체에 체류하며 1895년 〈1589년 막간극을 위한 연극 의상〉을 발표했다. 1896년부터 1897년 북아메리카 인디언 구역을 여행하며 “어느 시대에나 존재하는 원시적 인간의 불멸성”을 실증했다. 1906년에는 브레슬라우 대학교, 1912년에는 할레 대학교 교수직을 제의받았으나 거절하고 독립 연구자의 길을 걸었다. 1914년 1차 세계 대전 발발 후 전쟁 관련 기사를 스크랩하고 팸플릿 등을 수집하며 전쟁 소식에 몰두하다, 1918년 피해망상을 동반한 정신 착란으로 병원에 이송된 뒤 1921년부터 1924년 8월까지 크로이츠링겐 벨뷔 요양원에서 치료를 받았다. 1926년 바르부르크 문화학 도서관을 개관하고 강연과 전시, 출판 등의 학술 활동을 벌였다. 1927년부터 〈이미지 아틀라스 므네모시네〉 프로젝트에 매달리다 1929년 10월 심장 발작으로 함부르크 자택에서 사망했다.