Nel corso della sua carriera in singolare si è aggiudicata quindici titoli WTA, tra cui le WTA Finals 2019 e tre prove del Grande Slam: il Roland Garros 2019, il torneo di Wimbledon 2021 e l'Australian Open 2022, riportando la vittoria dei tre Slam in Australia dopo più di quaranta anni dall'ultima volta. In seguito al trionfo parigino e alla vittoria del torneo di Birmingham, il 24 giugno 2019, si è spinta fino alla prima posizione del ranking mondiale, divenendo la terza tennista australiana di sempre a riuscirci, dopo Margaret Court ed Evonne Goolagong.
Ottima doppista, si è aggiudicata in tale specialità dodici titoli WTA, tra cui gli US Open 2018 e vanta come best ranking la quinta posizione, raggiunta il 21 maggio 2018. In doppio misto, ha conquistato la medaglia di bronzo ai giochi olimpici di Tokyo nel 2021.
Considerata una delle tenniste più forti della sua generazione, è l'ottava tennista nella storia con più settimane al primo posto nel ranking mondiale (121) e la quarta nella storia a chiudere per tre anni consecutivi in vetta alla classifica (dopo Martina Navrátilová, Steffi Graf e Serena Williams). Si è ritirata dall'attività con un annuncio a sorpresa il 23 marzo 2022, all'età di soli 25 anni e da numero uno al mondo.
Carriera 2010-2011 Un primo risultato importante lo ottiene a soli 14 anni al torneo ITF di Mount Gambier 2010, dove raggiunge la semifinale. Nel 2011, a quindici anni, ottiene i suoi migliori risultati a livello Juniores. Partecipa al Singolare ragazze a Wimbledon come dodicesima testa di serie e arriva fino alla finale perdendo un solo set durante il tragitto, al terzo turno, contro l'americana Madison Keys. Nel match decisivo affronta la testa di serie numero tre, Irina Chromačëva, e la sconfigge in due set per 7–5, 7–6(3).
Dopo avere perso al primo turno di qualificazione per il main draw degli US Open 2011, nel singolare ragazze parte con il piede giusto. Si presenta come testa di serie numero tre e conferma il suo valore arrivando fino alla semifinale senza concedere neanche un set alle avversarie. Nel match per accedere alla finale però incontra la testa di serie numero uno, la francese Caroline Garcia, che la elimina in due set. Durante l'anno fa parte del team australiano che ha conquistato il titolo Junior della Fed Cup. Chiude il 2011 con la seconda posizione in classifica, dietro a Irina Chromačëva.
Professionista: l'esordio e la pausa
L'anno 2012 inizia con le qualificazioni al torneo WTA di Brisbane, ma perde al primo turno contro Vania King per 1–6, 2–6; partecipa invece nel doppio insieme alla connazionale Casey Dellacqua grazie a una wild-card e al primo turno eliminano le teste di serie numero uno Grandin-Uhlířová. Vanno avanti fino alle semifinali dove vengono sconfitte da Kops-Jones e Spears.
Fa il suo esordio nei tornei del Grande Slam agli Australian Open 2012, dove ottiene una wild-card concessa alla vincitrice delle qualificazioni. In questi match affronta e sconfigge Casey Dellacqua, Arina Rodionova e Olivia Rogowska. Il sorteggio le assegna come avversaria al primo turno la georgiana Anna Tatišvili, che la elimina in due set con il risultato finale di 2–6, 6(4)–7. A metà febbraio vince il suo primo titolo ITF a Sydney, dove batte in finale la connazionale Olivia Rogowska per 6–1, 6–3 e al settimana dopo replica al torneo di Mildura, dove sconfigge per 6–1, 7–6(8) Viktorija Rajicic. Il periodo positivo continua al torneo di Ipswich dove raggiunge la finale, perdendo contro la polacca Sandra Zaniewska.
Anche al secondo Slam del 2012, il Roland Garros, ottiene una wild-card per il tabellone principale, ma al primo turno le viene assegnata Petra Kvitová, testa di serie numero quattro, che la elimina con un netto 6–1, 6–2. Il 2012 è il suo anno nel circuito ITF, infatti a giugno conquista il suo terzo titolo al torneo di Nottingham, dove vince contro la tedesca Tatjana Maria. La vittoria arriva anche nel doppio in coppia con Sally Peers.
A Wimbledon, per il terzo Slam consecutivo, le viene assegnata una wild-card ma viene nuovamente sconfitta al primo turno per 6–2, 6–4 da Roberta Vinci. L'anno continua con la finale nel singolare al torneo di Esperance dove perde contro Olivia Rogowska per 0–6, 3–6; nel doppio invece vince il secondo titolo sempre in coppia con Sally Peers. Il quarto titolo ITF nel singolare arriva al torneo di Traralgon, dove sconfigge in finale Arina Rodionova per 6–2, 6–3; nel doppio perde invece in finale. L'anno si chiude con le vittorie nel doppio al torneo di Bendigo e al torneo di Toyota, in Giappone, il primo in coppia con Sally Peers, mentre il secondo con Casey Dellacqua.
Il 2013 inizia con la semifinale nel doppio al torneo di Hobart; raggiunge poi la prima finale Slam in carriera durante gli Australian Open 2013 quando, insieme a Casey Dellacqua, si presenta al match per il titolo senza avere concesso un set alle avversarie. Nell'incontro decisivo vengono tuttavia sconfitte dalla coppia italiana Errani-Vinci in tre set combattuti. In seguito vince nel doppio il torneo ITF di Innsbrook, in coppia con la francese Alizé Lim e raggiunge la semifinale nel doppio al torneo di Charleston. Il sesto titolo ITF nel doppio arriva nel mese di aprile al torneo di Pelham, in coppia con Arina Rodionova. Al Roland Garros non va oltre il primo turno nel singolare e il secondo turno nel doppio. La prima vittoria nel circuito WTA arriva nel doppio al torneo di Birmingham, in coppia con Casey Dellacqua.
A Wimbledon si fa strada fino alla finale, sempre accompagnata dalla connazionale Casey Dellacqua, ma si ferma ancora al match decisivo cedendo in due set a Hsieh Su-wei e Peng Shuai. Altro Slam e altra finale persa, la terza stagionale, per la coppia Barty-Dellacqua. Agli US Open la coppia si fa largo fino alla finale dove viene sconfitta in tre set dalla coppia ceca formata da Lucie Hradecká e Andrea Hlaváčková.
Dopo la vittoria nel doppio al torneo WTA di Strasburgo e la finale persa al torneo di Birmingham, nel settembre del 2014 decide di ritirarsi dal mondo del tennis per provare la carriera di giocatrice di cricket.
2016-2017: Il rientro, primo titolo WTA e Top 20; finale al Roland Garros in doppio
Nel 2016 ritorna a giocare a tennis e vince subito nel doppio al torneo di Perth in coppia con Jessica Moore e raggiunge la finale al torneo di Port Pirie in coppia con Casey Dellacqua. Nel mese di marzo vince i due tornei ITF di Canberra nel doppio entrambi in coppia con Arina Rodionova. In estate rientra nel circuito WTA e dopo avere raggiunto la semifinale al torneo ITF di Eastbourne arriva ai quarti al torneo International di Nottingham; a Wimbledon invece si ferma al primo turno nel doppio. L'anno si chiude con i quarti al Taipei 125K Series.
Nel 2017 l'australiana rientra tra le prime trecento del mondo e a inizio anno le viene offerta una wild card per disputare il torneo di Brisbane. Barty batte al primo turno la serba Aleksandra Krunić, ma al secondo turno viene poi estromessa da Angelique Kerber, alla quale riesce comunque a strappare un set. Non riesce a passare le qualificazioni a Hobart, mentre riceve una wild card per partecipare allo slam di casa, gli Australian Open. Per la prima volta in carriera Ashleigh arriva al terzo turno di un major, eliminando Annika Beck (6–4 7–5) e Shelby Rogers (7–5 6–1) e fermandosi ai sedicesimi per mano di Mona Barthel. Partecipa allo spareggio del gruppo mondiale 2 della Fed Cup. Barty gioca il singolare contro Elina Svitolina ma perde in tre set. Alla fine le oceaniche perderanno 3-1 contro le ucraine, con Barty che, assieme a Dellacqua, porterà a casa l'unico punto per l'Australia. In seguito gioca le qualificazioni per il WTA di Kuala Lumpur. Ashleigh batte brillantemente Varatchaya Wongteanchai (6–3 6–4) e Urszula Radwańska (6–0 6–1), ottenendo il pass per il main draw. Nel tabellone principale l'australiana estromette Irina Falconi (6–3 5–7 6–0), annichilisce Miyu Katō (6–0 6–3) e Kai-Lin Zhang (6–0 7–6(2)) mentre in semifinale sconfigge la cinese Han Xinyun per 6–3 7–5, giungendo in questo modo alla prima finale WTA della carriera. Il 5 marzo 2017 si aggiudica il torneo sconfiggendo in due set la giapponese Nao Hibino. Dello stesso torneo, si aggiudica anche il doppio, giocato in coppia con la Dellacqua.
Al torneo di Miami non va oltre il secondo turno. Raggiunge i quarti, in singolare, a Strasburgo. Conquista invece il titolo in doppio. Raggiunge poi l'ultima finale Slam che le mancava al Roland Garros, sempre in coppia con Dellacqua, perdendo contro Bethanie Mattek-Sands e Lucie Šafářová con il punteggio di 2–6, 1–6. In singolare esce invece all'esordio. Torna in campo a Nottingham, dove viene sconfitta nei quarti da Johanna Konta. La settimana successiva a Birmingham raggiunge la finale in entrambe le specialità. In singolare viene sconfitta da Petra Kvitová 6–4, 3–6, 2–6. In doppio conquista invece il titolo superando Chan Hao-ching e Zhang Shuai con il punteggio di 6–1, 2–6, [10–8]. A Eastbourne partecipa solo al torneo di doppio e viene sconfitta in finale da Chan Yung-jan e Martina Hingis per 6–3, 7–5.
Disputa Wimbledon, dove viene sconfitta all'esordio da Elina Svitolina, numero quattro del mondo, per 5–7 6–7. Tuttavia nel doppio raggiunge i quarti di finale. Nel torneo di Toronto raggiunge il terzo turno eliminando Océane Dodin, la quale si ritira sul 5–0, ed Elena Vesnina con il punteggio di 6–3 5–7 6–4, prima di venire eliminata da Garbiñe Muguruza per 0–6 6–3 2–6. Partecipa al torneo di Cincinnati, dove si spinge fino ai quarti superando Varvara Lepchenko con un doppio 6–4 e Venus Williams, testa di serie numero nove, per 6–3 2–6 6–2; viene poi estromessa da Caroline Wozniacki, numero sei del seeding, in due set. Partecipa in doppio al torneo del Connecticut dove viene sconfitta in finale. Nell'ultimo Grande Slam della stagione, l'US Open, elimina in rimonta Ana Konjuh e, successivamente, Aljaksandra Sasnovič in due set; viene poi eliminata dalla futura campionessa Sloane Stephens. Raggiunge la finale a Wuhan estromettendo Catherine Bellis per 7–5 6–0; Johanna Konta, testa di serie numero cinque, per 6–0 4–6 7–6(3); Agnieszka Radwańska, testa di serie numero nove, per 4–6 6–0 6–4; Karolína Plíšková, numero tre del seeding, per 4–6 7–6(3) 7–6(2) e Jeļena Ostapenko, testa di serie numero otto, per 6–3 6–0. Tuttavia in finale viene sconfitta in rimonta da Caroline Garcia, che si impone per 6(3)–7 7–6(4) 6–2. A Pechino viene eliminata nel primo turno dalla Svitolina in due set.
Grazie ai punti ottenuti entra nella Top 20 e disputa il torneo secondario al Masters di fine anno, ovvero l'Elite Trophy. Qui, dopo essersi imposta su Anastasija Pavljučenkova e Angelique Kerber in due facili set, cede a Coco Vandeweghe. Nel doppio raggiunge le WTA Finals ma perde subito al primo turno.
2018: due titoli WTA in singolare, primo US Open e Top 5 in doppio
Inizia l'anno disputando il torneo di Brisbane, dove viene sconfitta nel primo turno da Lesja Curenko. In doppio invece raggiunge la semifinale, dove viene sconfitta dalla coppia olandese Demi Schuurs/Kiki Bertens. In seguito partecipa al torneo di Sydney dove raggiunge la prima finale dell'anno. Qui si impone su: Verónica Cepede Royg, Ellen Perez e Barbora Strýcová in due parziali, mentre elimina Dar'ja Gavrilova per 3–6 6–4 6–2. Il 13 gennaio viene sconfitta in finale da Angelique Kerber con un doppio 4–6. Agli Australian Open estromette in rimonta Aryna Sabalenka e Camila Giorgi, venendo sconfitta nel terzo turno da Naomi Ōsaka per 4–6 2–6.
Nel torneo americano di Indians Wells viene eliminata all'esordio da Maria Sakkarī, mentre a Miami raggiunge gli ottavi sconfitta da Elina Svitolina per 5–7 4–6. Nonostante ciò raggiunge la finale nel doppio, vincendo il titolo.