23-åringen har ingått ett avtal på två och ett halvt år med en option på ytterligare tolv månader.
"Han är vänsterfotad, vilket ger oss bra balans. Vi har letat efter en vänsterfot ett tag," chefen Nathan Jones berättade för Luton webbplats.
Gambin har sex kapsyler, men blev avstängd för Maltas 2-0 nederlag av England i Wembley i oktober förra året.
Han gjorde 23 framträdanden för Barnet den här säsongen, poäng fyra mål, den sista i en 3-1 nederlag på Luton på nyårsafton.
Hatters är för närvarande sjätte i League Two, sex poäng från automatisk befordran platser.
Hitta alla de senaste fotbollsöverföringarna på vår dedikerade sida eller besök vår Premier League tracker här.
Luton Town har undertecknat Maltas internationella ytter Luke Gambin från Barnet för en hemlig avgift.