Nell'arco della sua vita ricoprì numerosi ruoli amministrativi all'interno della Repubblica di Venezia. Nel 1554 fu inviato come ambasciatore in Francia, dove rimase sino al 1557.
Nel 1561 fu nominato luogotenente nel Friuli, mentre nel 1564 fu eletto capitano di Padova, che tentò di risanare dal disordine nel quale versava.
Il 12 ottobre 1567 venne eletto luogotenente di Cipro, ma non poté assumere la carica poiché due mesi dopo fu nominato commissario ai confini[1] e si decise di eleggere in sua vece Nicolò Dandolo[2].
Durante la guerra di Cipro, il Barbarigo si prodigò per temperare l'irruenza di Sebastiano Venier e mantenere miti i toni con gli alleati.
In seguito all'impiccagione di alcuni marinai spagnoli, rei di aver provocato una lite, ordinata dal Venier, don Giovanni d'Austria, comandante della Lega Santa, fu sul punto di far impiccare a propria volta il Venier, ma fu persuaso a stento a ripensarci dallo stesso Barbarigo e da Marcantonio Colonna. Don Giovanni d'Austria decise comunque che, durante i consigli di guerra, l'intrattabile Venier sarebbe stato sostituito dal più posato Barbarigo.
Nella battaglia di Lepanto, Agostino Barbarigo fu posto al comando dell'ala sinistra della flotta, la quale dovette sostenere il primo scontro con la corrispettiva ala destra ottomana, comandata dall'abile Mehmet Shoraq[3]. L'ala sinistra dello schieramento era la più vicina alla costa e Barbarigo dovette rintuzzare il tentativo di aggiramento avversario, provvedendo prontamente a chiudere il varco. Nell'infuriare della battaglia, alla quale partecipava in prima persona, si alzò la celata dell'elmo per poter impartire gli ordini con più libertà quando fu colpito a un occhio da una freccia nemica[4]. Continuò a combattere finché poté, cedendo successivamente il comando a Federico Nani[5].
Morì due giorni dopo la battaglia, il 9 ottobre 1571.
Marcello Brusegan, I personaggi che hanno fatto grande Venezia, Newton Compton, 2006, ISBN88-541-0684-4.
Alessandro Barbero, Lepanto. La battaglia dei tre imperi, Laterza, 2010, ISBN978-88-420-8893-6.
Angus Kostam, Lepanto 1571. The greatest naval battle of the Renaissance, Osprey Publishing, 2003, ISBN978-1-84176-409-2.
Gerardo Tocchini, Minacciare con le immagini: gli affreschi scomparsi della "Casa Barbariga" e la svolta ideologica del patriziato Veneziano, Roma, Edizioni di Storia e Letteratura, 2010, ISBN9788863721959.