I tidsrommet 1904 til 1909 studerte Barth protestantisk teologi i Bern, Berlin, Tübingen og Marburg. Han studerte først i Bern, mellom 1904 og 1906. Han ønsket opprinnelig å fortsette studiene i Marburg under Wilhelm Hermann, men under farens innflytelse ble det Berlin (faren hadde opprinnelig ønsket at han skulle studere enten i Greifswald eller Halle). I Berlin studerte han mellom 1906 og 1907 under Adolf von Harnack (1851–1930), den viktigste representanten for klassisk liberal teologi, samtidig som han begynte å lese Friedrich Schleiermacher. I 1907-1908 studerte han i Tübingen under Adolf Schlatter, men endte til slutt opp i Marburg i 1908. Der fikk han endelig studere under Wilhelm Herrmann (1846–1922), en særpreget representant for nykantiantismen i tradisjonen etter Albrecht Ritschl.