Juli 2015 meldte medier at spilleren var klar for en overgang til sveitsiske FC Basel, og kommet til enighet med klubben om en 3-års kontrakt. Bjarnason fikk sin debut for klubben i en 3 - 2 seier borte mot Grasshopper-Club Zürich 25. juli 2015. Første scoring for klubben kom i en 3 - 1 seier hjemme på St. Jakob-Park mot FC Lugano 26. september samme år. Basel og Birkir Bjarnason vant serien både sesongen 2015-2016 og sesongen 2016-2017.