Importante fotógrafo, pintor, artista gráfico e designer de móveis, os mestres de Geraldo de Barros no desenho e na pintura foram Clóvis Graciano, Colette Pujol e Yoshiya Takaoka. Com este último, ao lado de Athayde de Barros e Antônio Carelli, funda, em 1947, o Grupo XV. Nesse mesmo ano passa a frequentar o Foto Cine Clube Bandeirantes, onde prossegue as suas experiências fotográficas iniciadas em 1946.
Conhece, em 1948, o crítico e ensaísta Mário Pedrosa, que ocupará um papel definitivo na sua formação artística e intelectual. Através de Pedrosa, Geraldo entra contato pela primeira vez com a Teoria da Forma (Gestalt Theorie) e se familiariza com a obra de Paul Klee.
Em 1949, convidado por Pietro Maria Bardi, organiza com Thomaz Farkas o laboratório fotográfico do Museu de Arte de São Paulo (MASP). Passa, então, a desenvolver lá os seus projetos fotográficos e inicia a preparação de sua mostra Fotoformas, que é inaugurada em janeiro de 1951 no mesmo museu. A partir dessa exposição, pioneira da fotografia abstrata no Brasil, recebe uma bolsa do governo francês para estudar em Paris.
Durante o ano de residência em Paris, estuda gravura na Escola Superior de Belas Artes com S.W. Hayter e estabelece contato com Cartier-Bresson, Giorgio Morandi, Brassaï, Maria Helena Vieira da Silva, François Morellet e Otl Aicher, com quem aprende as suas primeiras noções de design gráfico, em Ulm. Em Zurique conhece Max Bill, cuja obra ele viu pela primeira vez em 1950, na montagem da retrospectiva no MASP, em São Paulo.
Junto ao grupo Ruptura (que funda em 1952 ao lado de Waldemar Cordeiro, Luiz Sacilotto e outros) participa da 1ª Exposição Nacional de Arte Concreta em São Paulo (1956) e no Rio de Janeiro (1957), e da mostra internacional organizada por Max Bill em Zurique, Konkrete Kunst: 50 Jahre Entwicklung, em 1960.
Em 1954, funda com o frei dominicano João Batista a comunidade operária Unilabor, para a qual projeta móveis modulares. Ao lado de Alexandre Wollner e Rubens Martins, cria o grupo Forminform (1957), um escritório de artes gráficas. Geraldo participa da Unilabor até o ano de 1964, quando se retira e funda a HOBJETO Indústria de Móveis.
Participa, em 1966, ao lado de Wesley Duke Lee e Nelson Leirner, da criação do “Grupo Rex Time” – a galeria de arte onde nasceram os primeiros happenings em São Paulo.
A partir do final dos anos 1970, Geraldo de Barros retoma os princípios fundamentais da arte concreta e passa a trabalhar com o conceito de serialização, utilizando em seus quadros o laminado plástico (fórmica). O resultado desse trabalho é exposto na 42ª Bienal de Veneza, em 1986, e na Galeria Tschudi, em Glarus, Suíça, em 1987.
Em 1989, Geraldo expõe a série completa Jogos de Dados, com 55 obras em laminado plástico, no Museu de Arte Contemporânea de Campinas e, em 1991, no Museu de Arte Moderna de São Paulo (MAM-SP).
Em 1993, toda sua obra fotográfica é resgatada pelo Musée de l´Elysée, em Lausanne, na mostra Geraldo de Barros, Pintor e Fotógrafo. Essa mesma exposição é apresentada no Museu da Imagem e do Som, em São Paulo.
Em 1996, Geraldo inicia uma nova série de fotografias chamada Sobras, feita a partir de negativos do acervo da família que são por ele recortados, pintados e montados em placas de vidro. O desenvolvimento do trabalho com essas imagens foi acompanhado desde o início pelo cineasta Michel Favre para a realização do filme "Sobras em Obras".
A originalidade da trajetória de Geraldo de Barros é hoje reconhecida mundialmente e suas obras integram coleções públicas e privadas, incluindo, entre outras, Museu de Arte Contemporânea de São Paulo; Museu Ludwig, Colônia; Musée de l’Elysée, Lausanne; SESC de São Paulo; Instituto Inhotim de Arte Contemporânea; MoMA, Nova York; Centre Georges Pompidou, Paris e TATE Modern, Londres. Desde 2015, todos os seus negativos fotográficos estão depositados no Instituto Moreira Salles, no Rio de Janeiro.