65-åringen greps för tio år sen misstänkt för våldtäkt och mord på Stuart Lubbock i Essex.
Barrymore, som inte var närvarande för högsta domstolens beslut, värderar sitt anspråk till mer än 2,4 miljoner pund.
Essexpolisen sa att det fortfarande fanns "osvarade" frågor om mr Lubbocks död.
Michael Barrymore: Hur den brittiska TV-kungen förlorade sin krona
En siffra för de skador som skall betalas till Barrymore - vars riktiga namn är Michael Parker - återstår att fastställa.
Barrymore greps 2007 i samband med 31-åringens död.
Justitieminister Stuart-Smith, som satt i London på fredags, uttalade sig mot styrkan, som hade hävdat att Barrymore endast borde få en nominell utbetalning.
Domaren beslutade inte om det belopp som skulle tilldelas, eftersom hans avgörande endast gällde den preliminära frågan om den skadeståndsnivå som skulle utmätas Barrymore.
Fallet kretsade kring huruvida Essexpolisen hade rimliga skäl att lagligen gripa Barrymore.
Medan Justice Stuart-Smith fann att det fanns "information tillgänglig för polisen som kunde ha försett en arresterande officer med rimliga skäl för ett lagligt gripande" var den enda officer som hade tillräcklig information för att utföra den inte där vid den tidpunkt då underhållaren arresterades.
Polismannen satt fast i trafiken då, sa Essexpolisen.
Som ett resultat av detta, sade domare Stuart-Smith, var gripandet olagligt och Barrymore var därför "uppmanad att kräva mer än nominella skador".
Under ett tidigare förhör berättade en advokat för Mr Barrymore hur gripandet hade påverkat hans klient.
Hugh Tomlinson QC sade Mr Barrymore, före detta värd för My kind of People och Strike it Lucky, var aldrig anklagad för något brott och Crown Prosecution Service (CPS) senare gjorde det "kristallklart" det fanns ingen grund för några anklagelser.
Han sade att Barrymore fortfarande var övertygad om att Lubbocks skador inte orsakades i hans hem, men att han inte visste vad som hände.
Han tillade: " Detta gripande gjordes utan någon riktig bevisgrund.
"Men det faktum att det hade hänt, och den globala publiciteten det fick, förstörde den sökandes karriär."
I ett uttalande som utfärdades efter förhöret i Högsta domstolen sade Essex Police: " Dagens dom får inte överskugga de frågor som fortfarande är obesvarade för Lubbocks familj och vänner.
Sexton år senare behöver de fortfarande veta vad som hände Stuart den kvällen, hur han skadades och vem som är ansvarig för hans död.
"Ett litet antal människor vet svaren på dessa frågor och under årens lopp förändras lojaliteten och någon kanske vill hjälpa oss just nu."
Underhållaren Michael Barrymore är att få "mer än nominella skador" efter att ha gjort gällande att hans felaktiga gripande av polisen förstörde hans karriär.