У Барселоны есть несколько спортивных команд, как профессиональных, так и любительских. ФК «Барселона» (исп. FC Barcelona) — один из двух крупнейших в Испании и в мире футбольных клубов (наряду с мадридским «Реалом») — неоднократный победитель чемпионата Испании и регулярный участник и трёхкратный победитель (сезоны 1991-1992, 2005-2006 и 2008-2009) Лиги Чемпионов УЕФА. На стадионе клуба расположен музей, который по посещаемости занимает второе место в Каталонии.

Кроме того, у клуба есть профессиональные команды по баскетболу (Winterthur FCB), гандболу и роликовому хоккею, а также множество любительских команд по различным видам спорта.

«Эспаньол» (исп. RCD Español) — вторая команда от Барселоны в футбольном чемпионате Испании.

Барселона принимала Летние Олимпийские игры 1992 года, а также несколько матчей Чемпионата мира по футболу 1982. В Барселоне есть два 5-звёздочных стадиона: «Камп Ноу» и Олимпийский стадион, на котором проходила Олимпиада 1992 года, а ныне выступает «Эспаньол», пока не будет достроен новый клубный стадион.

В Монтмело возле Барселоны проходит традиционное гран-при Испании в гонках Формулы-1, а также мотогонки. Ранее трасса Формулы-1 проходила в районе Педральбес.