巴雷拉出道于卡利亚里。
2015年5月4日，在卡利亚里对阵帕尔马的比赛中，巴雷拉替补上场，完成了意甲处子秀。接下来他被球队租借给科莫队，在意乙接受历练。回归后的巴雷拉在2016/17赛季在一线队站稳脚跟。

巴雷拉是家乡球队的支持者，在成长过程中肩负着越来越多的责任:带着撒丁岛的自豪感，他培养出了领袖的气质，在最困难的挑战面前毫不畏惧。

2019年7月13日，国际米兰宣布，从卡利亚里签下了尼科洛·巴雷拉，他的租借期为一年，并有义务在租借期满后购买。国际米兰已经为巴雷拉支付了1200万欧元的租借费用，第二年将花费2500万欧元完成买断，这笔交易包括1300万欧元的附加费用，使这笔转会的总价值达到5000万欧元。

2019年9月18日，国米1-1战平布拉格斯拉维亚的比赛，巴雷拉在最后时刻进球，帮国米在主场拿下了1分。巴雷拉本场比赛上演了欧冠的首秀，他也成为了继2017年的扎帕科斯塔后，第一位欧冠首秀就进球的意大利球员。

2020-21赛季，巴雷拉帮助国际米兰提前四轮夺得意甲冠军。
 2021年11月5日，巴雷拉与国际米兰续约至2026年。 11月30日，巴雷拉在2021年金球奖中位列第26名。  12月12日，意甲第17轮，巴雷拉两次送出助攻，帮助球队在主场4-0战胜卡利亚里

国家队方面，巴雷拉于2021年帮助意大利国家队夺得欧洲杯冠军