El primer partit de futbol que jugà un equip femení del FC Barcelona fou el dia de Nadal del 1970, amb motiu d’un festival benèfic. El partit, impulsat per Inma Cabecerán, enfrontà al Camp Nou les jugadores blaugrana entrenades per Antoni Ramallets —que hagueren de jugar amb el nom de Selecció Ciutat de Barcelona i sense els colors del club en l’uniforme perquè l’equip no estava reconegut oficialment pel Club— amb la UE Centelles.
El febrer del 1971 la Selecció Ciutat de Barcelona canvià el nom pel de Penya Femenina Barcelonista, que rebé suport material i econòmic del FC Barcelona, encara que continuava sense dependre orgànicament del Club. El 29 de juny de 1985 guanyà el seu primer títol oficial, la Copa Generalitat.
L’any 1988, amb el nom de Club Femení Barcelona, l’equip fou un dels membres cofundadors de la Lliga femenina de futbol la temporada 1988-89. El 2002 es convertí en una secció del Futbol Club Barcelona i adoptà el nom actual, Futbol Club Barcelona Femení, i el 2015 es professionalitzà.
Després d’uns quants anys daurats (1988-2001) en què es mantingué en la màxima categoria i fou finalista (1991) i campió de la Copa de la Reina (1994), entre el 2001 i el 2007 l’equip perdé capacitat competitiva i, fins i tot, es parlà de la seva desaparició. Amb l’equip a segona divisió, arribà a la banqueta l’entrenador Xavi Llorens la temporada 2007-08, amb qui la secció pujà a la primera divisió. A partir del 2010 la progressió de l’equip fou constant i es traduí en la consecució de títols estatals. La temporada 2017-18 Fran Sánchez assumí el càrrec d’entrenador i, entre altres bons resultats, l’equip arribà als quarts de final de la Lliga de Campions. El gener del 2019 Lluís Cortés substituí Sánchez a la banqueta i, al maig, l’equip jugà la seva primera final de la Lliga de Campions, que guanyà per primera vegada el 16 de maig de 2021, després de vèncer el Chelsea per 0-4. En formaren part de la plantilla, entre d’altres, jugadores com Alèxia Putellas i Jenni Hermoso. El juny del 2021, Lluís Cortés dimití del càrrec d’entrenador, i fou substituït per Jonatan Giráldez.
El seu palmarès consta de vuit Lligues (2012-15, 2020-23), dues Lliga de Campions (2021, 2023), nou Copes de la Reina (1993-94, 2011, 2013, 2014, 2017, 2018, 2020, 2021, 2022), deu Copes Catalunya (2009-12, 2014-19), tres Supercopes d’Espanya (2020, 2022, 2023) i una Copa Generalitat (1985). L’any 2023 l’equip fou guardonat amb la Medalla d’Honor del Parlament de Catalunya i el premi al millor club de l’any atorgar per la revista France Football durant la cerimònia de la Pilota d’Or.