Barbara Bily wurde in Leipzig geboren. Sie studierte Dramaturgie an der Hochschule für Musik und Theater „Felix Mendelssohn Bartholdy“ in Leipzig. Nach ihrem Abschluss arbeitete sie als Dramaturgie- und Regieassistentin am Schauspielhaus Bochum. Anschließend führte ihr Weg sie als Dramaturgin ans Theater Augsburg.
Mit Beginn der Spielzeit 2016/17 wurde sie zur Leitenden Schauspieldramaturgin am Theater Münster ernannt. Seit der Spielzeit 2021/22 ist Barbara Bily Schauspieldirektorin am Mainfrankentheater Würzburg.
Im Jahr 2015/16 absolvierte sie als Stipendiatin des Deutschen Bühnenvereins, berufsbegleitend, die Weiterbildung „Theater- und Musikmanagement“ an der Ludwigs-Maximilians-Universität München. Seit 2013 hat Barbara Bily Lehraufträge, zunächst an der Universität Augsburg. Seit 2017 unterrichtet sie an verschiedenen Universitäten, u.a. an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster und an der Bayerischen Theaterakademie August Everding in München.