Nacido en Ceará, Estado del Nordeste brasileño, vive en Rio de Janeiro desde 1947, es uno de los hombres clave del llamado Cinema Novo, movimiento político y estético que revolucionó el cine latinoamericano. Es egresado de la Facultad de Letras de la Universidad de la Sorbona, París, trabajó en la entonces capital del país desde 1953 hasta 1963 como fotógrafo y periodista de la revista O Cruzeiro, en esa época una de las más reconocidas revistas brasileras.

Fue corresponsal de esa publicación en Europa entre 1953 y 1954 y como reportero cubrió importantes acontecimientos nacionales e internacionales. Comenzó a hacer cine en 1961 como coguionista y coproductor de la película O assalto ao trem pagador (Asalto al tren pagador, 1962), dirigido por Roberto Farias, filme muy reconocido tanto en Brasil como en el exterior.

A partir de entonces, comenzó una serie de grandes producciones cinematográficas, además de una importante actividad política y cultural. Hoy en día, las empresas Producciones LC Barreto/Filmes de Ecuador están alcanzando 55 años de actividad con más de 120 títulos producidos, entre los cuales destaca Memórias do cárcere e Vidas secas (Nelson Pereira dos Santos, 1984 y 1963), Isto é Pelé (dirs. Luiz Carlos Barreto y Eduardo Escorel, 1974), Dona Flor e seus dois maridos (Doña Flor y sus dos maridos, Bruno Barreto, 1976), Bye, bye Brasil (Carlos Diegues, 1980), O quatrilho (El cuarteto, Fábio Barreto, 1995), O que é isso, companheiro? (Cuatro días de septiembre, Bruno Barreto, 1997), estos dos filmes nominados al Oscar por Mejor Película Extranjera), Lula, o filho do Brasil (dir. Fábio Barreto, 2009) y Flores raras (dir. Bruno Barreto, 2013).

Paralelamente desempeñó un importante papel liderando las luchas políticas para la creación de leyes para promover el desarrollo de una sólida industria cinematográfica brasileña.

En el campo artístico, y como director de fotografía de Vidas secas y Tierra en transe (dir. Glauber Rocha, 1967), contribuyó a la creación de un estilo fotográfico característico basado en la luz de los trópicos.

Luiz Carlos Barreto cumplió 90 años de edad el día 20 de mayo de 2018, permanece activo dirigiendo en sociedad, como siempre, con su esposa Lucy Barreto y su hija Paula Barreto (renombrada productora) las empresas de la familia, así como liderando las luchas políticas de la clase cinematográfica para la mejora de las leyes y mecanismos de protección al proyecto nacional de una fuerte industria cinematográfica brasileña.