Nasce a Offanengo da Giovan Angelo e Maria Malosa. Inizia la sua carriera artistica a Crema nella bottega di Tommaso Pombioli: la prima opera datata e firmata risale al 1622; successivamente si trasferisce per un quinquennio a Milano (1625-1630), lavorando anche tra Valtellina e Alto Lario, acquisendo capacità e fama. Nel 1630 ritorna a Crema stabilendosi nella parrocchia di San Giacomo e sposa Angelica Bassa; in questo periodo inizia a lavorare su numerose commissioni in terra locale, con forte maturità in cui traspare la conoscenza dell'arte illusionistica veronese, quella tosco-romana e quella fiamminga. Per tutto il decennio 1630-1640 l'attività è molto intensa sull'asse Brescia-Crema-Lodi, spingendosi fino a San Colombano al Lambro. A causa delle numerose richieste allestisce una bottega nella quale vi lavorano Evaristo Baschenis e, più tardi, due dei suoi otto figli, Carlo Antonio e Giovan Angelo. Anche gli anni quaranta si rivelano intensi di opere, tra le quali va almeno citato il ciclo di affreschi di Santa Maria delle Grazie a Crema, uno tra i più noti e famosi, che si distingue per la vivacità dei colori e il naturalismo delle figure. In questo decennio il Barbelli lavora, oltre che a Crema e Brescia, anche a Bergamo e nei paesi dei dintorni. l'attività prosegue intensamente anche negli anni cinquanta. Nel 1656 viene chiamato a Calcinato per decorare Palazzo Mercanda, ma il 7 luglio 1656 viene colpito da una archibugiata durante una battuta di caccia. Muore pochi giorni dopo, il 12 dello stesso mese.
Il soprannome Barbelli, pare assegnato alla famiglia del pittore fin dal XVI secolo, deriva dal termine dialettale barbèl, ossia farfalla notturna. Il Barbelli lo sfruttò per firmare le sue opere, i figli lo assunsero come cognome ufficiale. Mentre le dicenze paesane definiscono che il soprannome deriva dal termine dialettale “barbelà”, cioè avere freddo, in quanto la famiglia seppure benestante non riscaldava la casa per tirchieria e gli occupanti tremavano dal freddo.