Mischa nacio en Hammersmith, Londres. Su madre es de origen irlandés, Nuala (née Quinn)y su padre inglés, Paul Marsden Barton, un accionista. Ella tiene dos hermanas, Hania y Zoe.

Cuando Mischa tenía 4 años, ella y su familia se mudaron a New York. Por lo que no tiene acento inglés. En febrero 3 de 2006 se volvió una ciudadana naturalizada de los Estados Unidos en Los Angeles. Desde muy pequeña trabajó de modelo para conocidas lineas de ropa (también trabajó junto a grandes modelos como Lindsay Lohan ); y a los diesciete años se unió a las prestigiosa cadena de televisión, Fox, para protagonizar la exitosa serie The O.C.. Mischa se graduó de la Escuela "Professional Children's School" en Manhattan en 2004 y asistió a las clases en La Academia Real de Arte Dramático en el verano de 2006. Barton es una de las actrices juveniles más famosas, junto a Jennifer Love Hewitt.

A los nueve años, Barton comenzó en New York con un papel de protagonista en la obra teatral de Tony kushner "Slavs". Luego "Twelve Dreams", "Where the Truth Lies" y "One Flea Spare". Consiguió posteriormente un papel temporal en la serie All My Children, ocho episodios de la serie de la ABC Once and Again en 1999 y la protagonista en la película de la televisión Frankie & Hazel. En el 2002 participaría en el telefilme de Disney A Ring os Endless Light. Mischa tambien hizo un debut en Perros del Césped que ganaron los premios a las fiestas cinematográficas alrededor del mundo. Desde entonces ella ha aparecido en varias películas, como El Sexto Sentido, la Colina de Notting, y Perdido y Delirante. Luego aparecería la serie de éxito americana, The O.C. estrenada en agosto del 2003 serie de televisión estadounidense, producida por la cadena FOX y emitida en diferentes partes del mundo. La serie narró la historia de un grupo de jóvenes y sus familias en el rico condado de Orange donde hizó el papel de Marissa pero finalizaria en Mayo del 2006.