Poeta, narrador i dramaturg. El 1934 va guanyar un concurs de contes socials convocat per l'Ateneu Enciclopèdic Popular i el 1936 va esdevenir col·laborador regular a la revista Mirador i posteriorment va col·laborar també a les revistes Meridià i Amic. El 1937 va publicar el llibre de contes L'oasi perdut i l'any següent el seu primer llibre de poesia, Cant corporal. El febrer de 1938 va marxar al front d'Aragó.
Després de la derrota de la República, Bartra va passar a França, on va ser internat als camps de concentració d'Argelers, Sant Cebrià i Agde. A l'agost de 1939, va ser autoritzat a traslladar-se al castell de Roissy-en-Brie, on hi trobà, entre d'altres, els escriptors Xavier Benguerel, Pere Calders, Domènec Guansé, Joan Oliver i Mercé Rodoreda; allà va conèixer Anna Murià, que esdevindria la seva companya i amb la qual tindria dos fills, Roger (1942) i Eli (1947).
El gener de 1940, Bartra i Murià van marxar a la Repúbica Dominicana, on visqueren durant un any. Hi va traduir al castellà uns poemes seus i en va publicar el llibre El árbol de fuego (1940). El 1941, es van traslladar a Cuba, on viurien prop de sis mesos durant els quals va començar a escriure la novel·la Xabola. Al mes d'agost, Bartra i Murià es van embarcar cap a Mèxic. El 1942, Bartra va publicar Oda a Catalunya, des dels tròpics, amb traduccions a l'anglès i al castellà, també va publicar el mateix any L'estel sobre el mur, un recull de narracions. Més endavant va publicar Xabola (1943), L'arbre de foc (1946), Màrsias (1946), Màrsias i Adila (1948) i Rèquiem (1948). Va ser un dels impulsors de la revista Lletres (1944-48), de la qual van apareixer deu números.
El 1948 li va ser concedida una beca de la Fundació Guggenheim per anar als Estats Unit on la família Bartra s'instal·laria fins al novembre de 1950 en que va tornar a Mèxic. Durant l'estada als Estats Units, Bartra va traduir poesia nord-americana al català, i va publicar Odisseu (1953), Oda Atlàntica (1951) i Una antologia de la lírica nord-americana (1951). El 1954 va publicar a Barcelona l'antologia poètica Poemes i el 1955 hi va editar a Mèxic la versió castellana d'Odisseu. El 1956 es va publicar a París la versió francesa de Màrsias i Adila; el 1957 es va estrenar a Mèxic la versió castellana de l'obra teatral Cora y la magrana, i el 1958 es va publicar la traducció de Xabola, amb el títol de Cristo de 200.000 brazos, amb un notable èxit de crítica. Va rebre dues beques més que li van permetre fer dues noves estades als Estats Units (1961 i 1963). Continuà publicant a Mèxic: la versió castellana de Quetzalcòatl (1960), Deméter (1961), Ecce homo (1964, apareguda en català el 1968), l'antologia La luz en el yunque (1965); El tren de cristal (1966) i la novel·la La luna muere con agua (1968, versió catalana publicada el 1969).
El 1967 es va publicar a Barcelona el llibre d'Anna Murià Crònica de la vida d'Agustí Bartra, que va ajudar molt a fer-lo conegut entre els seus compatriotes, i el 1969 va rebre el premi Ciutat de Terrassa per l'obra Doso (1970). Potser aquests dos fets van accelerar la decisió de tornar a Catalunya que Agustí Bartra i Anna Murià sempre havien desitjat posposar fins a la desaparició de la distadura franquista.
Ja instal·lat a Barcelona el 1970 i definitivament a Terrassa des del 1971, va desplegar una gran activitat amb l'edició de les seves obres anteriors i l'escriptura de nous llibres: Poemes de retorn (1971), Rapsòdia de Garí (1972), Els himnes (1973, premi Carles Riba 1972), Rapsòdia d'Arnau (1974), Rapsòdia d'Ahab (1976), L'home auroral (1977), El gos geomètric (1979), Sobre poesia (1981), Haikús d'Arinsal (1982) i El gall canta per tots dos (publicat postumament dins el segon volum de la Poesia completa). En teatre va destacar, entre altres, la publicació de La noia del girasol (1982, premi Santiago Rusiñol, 1981). Durant aquest temps va fer diversos viatges: a Anglaterra (1970), a Mèxic (1974, 1976, 1979), als Estats Units (1976-1980) i a Holanda (1978), quan va ser invitat al Poetry International Festival.
Després de la seva mort s'han seguit reeditant les seves obres, tant a Catalunya com a Mèxic, i se n'ha editat alguna de nova com el recull de textos de crítica i assaig literari ¿Para qué sirve la poesía? (1999). L'important llegat documental deixat per Agustí Bartra i Anna Murià es pot consultar a l'Arxiu Històric Comarcal de Terrassa. A aquesta ciutat, un grup de treball radicat a Amics de les Arts i Joventuts Musicals ha promogut diverses iniciatives destinades a mantenir viva la seva memòria i difondre la seva obra entre les quals destaquen dos Simposis centrats a l'estudi de la seva obra (1987 i 2008).
