Native de Sydney (Australie), où elle voit le jour le 3 novembre 1987, Courtney Barnett grandit à Hobart, en Tasmanie, avant que sa famille ne s'installe à Melbourne, où elle fonde le groupe de rock grunge Rapid Transit, dont l'unique album sort sur une cassette.
En 2011, elle fait la connaissance du batteur Brent DeBoer (The Dandy Warhols) et Bob Harrow, avec qui elle fonde le groupe Immigrant Union, dont le style marie la country et le rock psychédélique. Elle joue de la guitare slide et chante sur le deuxième album Anyway. De son côté, Courtney Barnett entame une carrière solo et fonde le label Milk! Records, sur lequel sort l'EP I've Got a Friend Called Emily Ferris (avec la participation de Brent DeBoer).
L'EP suivant, How to Carve a Carrot Into a Rose, remporte un certain succès dans les cercles de rock alternatif, notamment grâce au titre « Avant-Gardener », désigné « Best New Track » par le site Pitchfork en 2013. Il en est de même pour « History Eraser », extrait de Double EP: Sea of Split Peas (mai 2013), choisi par l'institution australienne ARPA comme l'un des meilleurs titres de l'année. Cette sortie bénéficie de bonnes critiques à l'échelle internationale (notamment en France, dans Télérama).
En septembre 2014, l'EP de compilation A Pair of Pears (With Shadows) fait patienter le public de la chanteuse qui prépare la sortie de son premier album, tandis que fleurissent les éloges sur son compte. Paru en mars 2015, Sometimes I Sit and Think, And Sometimes I Just Sit bénéficie d'une large couverture des médias qui voient en Courtney Barnett une héritière de Patti Smith et une grande artiste en devenir. L'une des révélations rock de l'année, la chanteuse et guitariste offre aussi l'un des meilleurs premiers albums de l'histoire. Son fiancé, Jen Cloher, apparaît dans le clip vidéo du titre « Pedestrian at Best ».
Deux ans plus tard, l'Australienne fait équipe avec Kurt Vile, ancien guitariste du groupe The War on Drugs désormais en solo. À la suite d'improvisations en studio, ils joignent leurs compositions, leurs guitares et leurs voix pour un album réalisé en commun, Lotta Sea Lice, sorti en octobre 2017 après l'extrait « Over Everything ». Quelques mois après seulement, en mai 2018, paraît son deuxième album solo, l'inventif et énergique Tell Me How You Really Feel. Les soeurs Kim et Kelley Deal (The Breeders) font les choeurs sur un titre.
