Proveniente de uma família patrícia de Veneza, Gregório nasceu a 18 de Setembro de 1625. Aos 4 anos, perdeu a mãe, cabendo ao pai, enérgico e exemplar católico, educar os filhos na senda da virtude.
Em 1643, aos 18 anos, Gregório tornou-se secretário do embaixador de Veneza, Contarini, e acompanhou-o à Alemanha para tratar das negociações com vista à conclusão do Tratado de Vestefália. Estando em Münster, travou conhecimento com o núncio apostólico, Fábio Chigi, que depressa lhe dedicou a mais alta estima.
Tendo o Cardeal Chigi subido ao trono pontifício com o nome de Alexandre II, nomeou Barbarigo cónego de Pádua e prelado da Casa Pontifícia. Dois anos mais tarde, o mesmo Papa, que reinou de 1655 a 1667, colocou-o à frente da diocese de Bérgamo. Nesta cidade, o santo pôde desenvolver plenamente o seu trabalho pastoral, fundando escolas e instituições de caridade, e dedicando-se inteiramente às suas ovelhas durante a grave peste que atingira a cidade.
Em 1660, Gregório Barbarigo foi nomeado Cardeal e, quatro anos depois, transferido para a Sé de Pádua, onde ficou até à sua morte. Instalou o seminário da diocese no antigo mosteiro de Vanzo, chamou professores notáveis de todas as regiões da Itália e mesmo do estrangeiro, e dotou-o de uma das melhores tipografias de então, de onde saíram obras religiosas nas línguas orientais e eslavas, destinadas a favorecer o regresso ao seio da verdadeira Igreja dos que dela se haviam afastado com o cisma. Pois este santo bispo aplicou-se com todas as forças ao regresso dessas cristandades dissidentes do Oriente.
Ainda em Pádua, cuidou da assistência aos necessitados, por meio de uma organização ligada à Companhia da Doutrina Cristã, assistindo, só na sua cidade episcopal, 7000 adultos e 6000 crianças. Também fundou casas para acolher as jovens pobres.
São Gregório Barbarigo faleceu na sua cidade episcopal em 18 de Junho de 1697. Devido à sua fama constante de santidade, foi beatificado por Clemente XII, em 1761, e canonizado de modo equipolente, quer dizer, sem necessidade de um milagre, pelo seu conterrâneo, o Papa João XXIII, em 1960. No discurso da canonização, João XXIII afirmou que elevava São Gregório João Barbarigo ao lugar que ele merecia ocupar na Igreja.