Su padre fue un tipógrafo talentoso. Aprendió la profesión en el Imperial Instituto Artístico, que imprimía el famoso periódico A Semana Ilustrada. Su madre fue educada con esmero, y llegó a formarse como profesora. En 1907 editó con algunos amigos la revista Floreal, que sobrevivió apenas hasta su cuarta edición, pero que despertó la atención de algunos críticos. 1909 fue el año de su estreno como escritor, con la publicación en Portugal de la novela Recordações do Escrivão Isaías Caminha, obra sobre las memorias de un escribano que intenta adentrarse en la vida de Río de Janeiro, entonces capital brasileña, y acaba dedicándose al periodismo. La narrativa de Lima Barrreto en ese primer libro, pincelada con indiscutibles trazos autobiográficos, muestra una contundente crítica a la sociedad brasileña, a la que consideraba prejuiciosa y profundamente hipócrita. En 1911 comenzó a publicar en el Jornal do Commercio, y en formato de folletín, su obra más importante: la novela Triste fin de Policarpo Quaresma.
Sólo llegaría a ser reconocido como uno de los más importantes exponentes de la literatura brasileña luego de su precoz muerte.