Filho de Luís Carlos Barreto, e irmão do também cineasta Bruno Barreto. Atuou no primeiro curta-metragem, "Três Amigos que Não se Separam", quando tinha nove anos; no filme também atuaram sua irmã (Paula Barreto) e a cadela Baleia, coadjuvante no filme Vidas Secas (1963).

Foi assistente de direção de Carlos Diegues em Bye Bye Brasil (1979). Iniciou sua carreira no cinema aos 20 anos, dirigindo o curta-metragem A Estória de José e Maria (1977). E estreou como diretor de longa-metragem no Festival de Cannes de 1982, com Índia, a Filha do Sol (1982), inscrito na Quinzena dos Realizadores; tinha 24 anos.

Seu filme O Quatrilho (1995) foi indicado para o Oscar de melhor filme estrangeiro de 1995.

Trabalhou como ator em dois filmes — For all - O trampolim da vitória (1997) e Memórias do cárcere (1984) — e dirigiu 9 longas.