Etter studiene var han assistent ved Technische Hochschule Berlin ett år, så privatdosent ved Universitetet i Leipzig ett år. Barth ble i 1930 den andre mottaker av fra Norsk geologisk forening. I 1929 reiste han med Rockefeller-stipend til ved Carnegie Institute i Washington D.C. og ble til 1936. Han returnerte til dosentstilling innen krystallografi, mineralogi og petrografi ved Universitetet i Oslo i 1936, og ble umiddelbart innvalgt i Det Norske Videnskaps-Akademi. Under den andre verdenskrig ble han arrestert, og efter dette dro han til USA som professor i geokjemi ved University of Chicago 1946–49. Vel hjemme fortsatte han som professor og bestyrer for mineralogisk-geologisk institutt ved Universitetet i Oslo frem til 1966, kun avbrutt av gjesteprofessorat ved University of Chicago og Stanford University 1960 og universitetet i Cape Town 1963. Han var æresdoktor ved flere læresteder og ble tildelt ridder av 1. klasse av St. Olavs Orden i 1959, før han så ble forfremmet itl kommandør i 1969. Bysten utenfor mineralogisk-geologisk museum i Oslo er av Arne Durban.