Elle fait ses débuts à l'écran en 1942 avec le film Signé illisible. Pressentie pour le premier rôle dans La Dame de Shanghaï1, Orson Welles confiera finalement l'interprétation à sa femme, Rita Hayworth. Barbara Laage décroche son premier rôle international avec le personnage d’Eugenia Taris dans L'Indomptée (1948) aux côtés de Van Heflin, et accède à la célébrité avec son interprétation de Lizzie McKay dans l'adaptation cinématographique de la pièce de Jean-Paul Sartre, La Putain respectueuse (1952). Surtout à l'aise dans le cinéma américain (ainsi aux côtés de Kirk Douglas dans Un acte d'amour d’Anatole Litvak, ou partenaire de Gene Kelly dans La Route joyeuse), elle se produit en France entre autres pour Alex Joffé (Les Assassins du dimanche, 1956). En 1960, elle apparaît aux côtés de Paul Newman dans Paris Blues de Martin Ritt, ainsi que dans deux productions allemandes : Les Mille-et-une Nuits avec Karl Lieffen et Georg Jacoby, et Une nuit à Monte Carlo avec Eddie Constantine.

En compagnie de Paul Newman et de Sidney Poitier dans le film Paris Blues

Dans Domicile conjugal de François Truffaut (1970), elle interprète une scène d'anthologie que Woody Allen adaptera dans Annie Hall : alors que Claude Jade parle dans les escaliers avec sa voisine de sa vie conjugale avec Jean-Pierre Léaud, ce dernier échange simultanément sur le même sujet au café d’en-face avec une collègue de bureau (jouée par Barbara Laage) ; au montage, le son et les images des deux dialogues sont intervertis.

Dans : Action immédiate, avec Henri Vidal.