Bár a cselekmény részletei szigorúan titokban maradtak, a filmben Barbie és Ken a való világban rekednek, ahol előbbi felfedezi a női lét valóságának kihívásait. Margot Robbie a főszerepet Ryan Gosling oldalán alakítja, aki Barbie férfi párját, Kent játssza.
Robbie és Gosling mellett a sztárszereplők között van Will Ferrell, Emma Mackey, Connor Swindells, Nicola Coughlan, Emerald Fennell, Kate McKinnon, Michael Cera, Simu Liu, America Ferrera, Ncuti Gatwa, Issa Rae, Kingsley Ben-Adir, Rhea Perlman, Sharon Rooney, Scott Evans, Ana Cruz Kayne, Ritu Arya és Jamie Demetriou. A Variety exkluzívan számolt be arról, hogy Hari Nef és Alexandra Shipp is mellékszerepet kapnak a filmben.
Az előzetesben a 2001: Űrodüsszeia mellett Gerwig megidéz egy másik klasszikust is, a Bocaccio 70 című filmantológiának Fellini-féle epizódját. De míg a Doktor Antonio megkísértésében Anita Ekberg egy férfi ideáljaként vált a plakátról lemászó óriásnővé, addig Barbie elsősorban kislányok ezreinek a nőképét formálja át.
