Hemmings gjorde 24 mål för Cowdenbeath förra säsongen, inklusive två hatt-tricks, och utsågs Scottish Championship Player of the Season.
Barnsley manager Danny Wilson sade att han inte trodde att 22-åringen skulle kämpa för att anpassa sig till engelsk fotboll.
"Han har fått bra fart och är en mycket bra avslutning som statistiken kommer att berätta," sade Wilson.
"Han kan spela i ett antal positioner, men viktigare är att han är nere i mitten och har mål i honom, vilket är vad vi vill föra in i laget."
Hemmings började sin karriär på Tamworth innan han flyttade till Rangers, för vilka han gjorde 10 framträdanden, och sedan gick Cowdenbeath sommaren 2013 efter en framgångsrik låneformel.
Han är Barnsleys andra signering sedan han förvisades från mästerskapet, efter ankomsten av före detta Sheffield onsdags målvakt Adam Davies.
Delegerad Barnsley har slutfört signeringen av anfallaren Kane Hemmings från Cowdenbeath på en fri överföring.