Situato nella valle del torrente Stura, Barberino nacque nel Medioevo attorno al castello della famiglia Cattani di Combiate. Deve il suo nome infatti allo stemma della famiglia, rappresentante un uomo con tre barbe. Eretto nel 1047, i Cattani cedettero Barberino a Firenze nel 1313, rimanendo come feudatari. I rapporti con la città si deteriorarono però e nel 1351 i Fiorentini assediarono e distrussero il castello. Dopo la vittoria, il borgo venne rifortificato e cominciò un periodo di splendore a nel XV secolo, seguito da uno di declino nel secolo succesivo, seguendo poi le sorti di Firenze.
Nel borgo è possibile vedere oggi il Palazzo Pretorio, del XIII secolo, ristrutturato nel XVIII secolo, con la facciata adornata da stemmi dei diversi Podestà, le Logge Medicee di Michelozzo, del XIV-XV secolo, l'oratorio dei SS. Sebastiano e Rocco del XVI secolo; la pieve di San Silvestro, eretta nel 1641, con il porticato d'entrata neoclassico. Ricostruito nel XVII secolo dai discendenti dei Cattani, il castello domina ancora oggi Barberino.
Il dominio mediceo e l'influenza di importanti famiglie lasciarono tracce soprattutto nelle ville del territorio. La Villa di Cafaggiolo fu eretta nel XII secolo come castello e trasformata in residenza da Cosimo de' Medici su disegni del Michelozzo. La Villa delle Maschere, del XVI secolo, fu voluta dalla famiglia dei Bettini e venne poi comprata dai Gerini nel 1611. Deve il suo nome alle 22 maschere teatrali che adornano la facciata posteriore. La Villa Torre Il Palagio a Cavallina è circondata da un vasto parco di conifere alberato.
Tra le fortificazioni, da ricordare il castello di Villanova, costruzione in stile neomedioevale costruita su una fortificazione preesistente.
Numerosissimi gli edifici religiosi. Da ricordare la Badia di Santa Maria a Vigesimo, dell'XI secolo, edificata per volere di San Giovanni Gualberto, successivamente restaurata, con il convento e la canonica, edificate nel XII secolo; la pieve di San Gavino Adimari, costruita nel 1037 dai Conti Alberti di Mangona e ingrandita nel XVI secolo da Cosimo de' Medici; la chiesa di Sant'Andrea a Camoggiano, del XV secolo; la pieve romanica di San Giovanni in Petroio, dell'XI secolo con porticato; la chiesa di S. Maria a Cafaggiolo, edificata nel XIX secolo per volere della famiglia Borghese; la pieve di San Jacopo a Cavallina e la pieve di San Bartolomeo a Galliano.
A Barberino si trova anche l'importante risorsa naturale del Lago di Bilancino.