Barnack besuchte die Dorfschule in Giesensdorf und war anschließend Lehrling bei der Firma Lampe in Lichterfelde. Seine Gehilfenjahre verbrachte er in Sachsen, Wien und Tirol, ab 1911 ging er zu Leitz in Wetzlar als Mechanikermeister. 1912/13 konstruierte er die erste Kleinbildkamera der Welt, die Ur-Leica, die mit ihrem Format 24 x 36 mm die Verwendung von Kinofilm ermöglichte, und begründete damit die Kleinbildfotografie. 1925 ging die Kamera als "Leica" in Serie. Bei Carl Zeiss in Jena entwickelte er eine Luftbildkamera für Aufnahmen aus einem Zeppelin.