Nata a Firenze nel 1954, ha frequentato il liceo classico e la facoltà di Psicologia dell'Università di Padova laureandosi con il massimo dei voti. Contestualmente ha conseguito il diploma "Cambridge" in lingua inglese presso il British Institute of Florence. Si avvicina da bambina alla musica studiando privatamente il pianoforte ed in seguito, da autodidatta, la chitarra. Si è sempre dedicata al canto e nel 1979 ha frequentato i corsi della scuola di musica Andrea del Sarto a Firenze, iniziando contemporaneamente l'attività concertistica.
L'interesse specifico per la musica brasiliana è iniziato all'età diquindici anni con la scoperta della bossa nova, di Jobim e João Gilberto. Da allora ha approfondito sempre più la conoscenza della musica popolare brasiliana e, all'inizio degli anni '80, ha formato il trio Outro Lado insieme a Beppe Fornaroli alla chitarra e Naco alle percussioni. L'intensa attività di ricerca l'ha portata spesso in Brasile dove ha ottenuto importanti riconoscimenti da musicisti di spicco quali, tra gli altri, Milton Nascimento e Chico Buarque de Hollanda. Nei circa quindici anni di attività il trio Outro Lado si è esibito, oltre che nei vari jazz club e teatri italiani, a Parigi, nel Nord Europa, in Africa e in Brasile, partecipando a jazz festival e rassegne etno-musicali. Nel 1990 Barbara Casini ha inciso con questa formazione il suo primo disco ("Outro Lado") registrato in parte a Rio de Janeiro ed in parte a Milano. Di questo disco l'etichetta Philology ha recentemente pubblicato una ristampa in cd che contiene anche 6 brani registrati dal vivo all'epoca. Dal 1994 guida un quartetto con Stefano Bollani al pianoforte, Lello Pareti al contrabbasso e Francesco Petreni alla batteria. Nel 1997 è uscito il cd "Todo o Amor" ( Philology ), il primo lavoro completamente a suo nome, che le ha dato modo di proporsi, oltre che come interprete, anche come autrice di musiche e testi, e che ha ottenuto ottime critiche sia in Italia che all'estero. E' del novembre 1998 l'uscita di un nuovo cd (ancora per la Philology), "Stasera Beatles", nel quale il quartetto offre una rivisitazione in chiave jazz e latina di 13 brani dei Beatles. In ambito jazzistico ha collaborato alle incisioni di Luigi Bonafede ("Another Side of Me", 1991), Attilio Zanchi ("Some Other Place", 1992), Massimo Colombo ("Linea di Confine", 1993), Naco ("Naco", 1995) ed Enrico Rava ("Italian Ballads, 1996). Lo scorso aprile è uscito il cd "VENTO", a nome suo e di Enrico Rava, per l'etichetta francese Label Bleu, con Stefano Bollani al pianoforte, Giovanni Tommaso al contrabbasso, Roberto Gatto alla batteria, e con l'accompagnamento dell'Accademia Filarmonica della Scala diretta da Paolo Silvestri, autore degli arrangiamenti. Questo progetto ha partecipato all'edizione 2000 di Umbria Jazz.
Ancora per la Philology ha inciso un cd dal titolo "SOZINHA" registrato dal vivo al DR JAZZ di Pisa dove Barbara si esibisce da sola alla voce e alla chitarra, ed in seguito "PHIL WOODS MEETS BARBARA CASINI", una reinterpretazione di classici brasiliani insieme a Phil Woods al sax alto e Stefano Bollani al pianoforte, con una BigBand composta da grandi musicisti ha registrato inoltre “URAGANO ELIS”.