Barkla estudió en la Universidad de Liverpool. En 1899, fue al Trinity College, Cambridge, gracias una beca promovida por la Comisión de la Gran Exposición de 1851 para trabajar en el Laboratorio Cavendish bajo las órdenes del científico Joseph John Thomson. Al final de un año y medio, su amor por la música le llevó a unirse al King's College, Cambridge, donde se incorporó al coro de la capilla.