Окончил Смоленскую духовную семинарию первым учеником (1859) и Санкт-Петербургскую духовную академию (1863), со степенью магистра. Был определен бакалавром академии на кафедре греческого языка, в 1865 году к этому добавилось преподавание церковного законоведения.

Тогда же начинается работа (пока нештатная) в Святейшем Синоде, продлившаяся до выхода на пенсию. В основном она сводилось к переводам с греческого языка служебных бумаг и переписки.

Был библиотекарем, помощником инспектора академии. С преобразованием академии по новому уставу назначен доцентом (1869), одновременно уволен с прежних должностей помощника инспектора, библиотекаря и преподавателя греческого языка.

Спорная диссертация

Отныне научные и профессиональные интересы Барсова сосредоточились на изучении канонического права.

В 1878 году появилась его докторская диссертация под заглавием «Константинопольский патриарх и его власть над Русскою Церковью». Профессор Барсов в предисловии к этой своей книге написал, что в ней будет дано вполне ясное и, пожалуй, окончательное решение вопроса об управлении древней Церкви, а главным образом о роли в этом управлении Константинопольского патриарха, о значении его среди других патриархов и т. п.

Но на следующий же год в «Православном обозрении» появляется рецензия на книгу Барсова, весьма нелестная для нее. Рецензент, профессор Московского университета А. С. Павлов рассуждения и мысли, высказанные и развитые в диссертации Барсова, обозвал даже «теорией восточного папизма», стараясь профессора высшего богословского заведения уличить в мнении, что в Византии был такой же папа, как на Западе римский епископ. Эта рецензия профессора Павлова не осталась без ответа профессора Барсова, который на страницах того же «Православного обозрения» разбирает ее и всячески старается обосновать свои взгляды на строй древнего церковного управления. Таким образом, возникла полемика, которую можно назвать даже ожесточенной, иногда с переходом на личности.

В возниконовении полемики сыграло свою роль и то, что профессора Барсов и Павлов по-разному относились к церковным правилам. А. С. Павлов большей частью старался понять тот или другой канон как можно проще, как можно ближе к его буквальному смыслу, что, конечно, не всегда удобно, если вспомнить, что все правила вызывались разными обстоятельствами и условиями и не могут быть совершенно поняты вне этих условий. Т. В. Барсов же не ограничивался одним буквальным смыслом правила и пытался видеть в канонических постановлениях часто то, чего в них прямо (да, пожалуй, иногда и косвенно) не заключается. Недаром же профессора упрекают друг друга из-за отношения к канонам. Павлов вменяет в вину Барсову то, что он «распространяет» смысл канонов далее, чем следует; а Барсов упрекает Павлова в том, что он «урезывает» заключающийся в канонах смысл. И с той, и с другой стороны эти упреки отчасти справедливы.

Научная работа

Т. В. Барсов много писал. В его сочинениях рассматривались самые разнообразные вопросы: от проблем древнего канонического права до актуальных проблем церковно-государственных отношений современной ему России.

Относительно этих отношений Барсов придерживался модели «равноправного союза». Суть его рассуждений сводилась к тому, что нехорошо лишь такое вмешательство государства в дела Церкви, которое покушается собственно на веру, а всё остальное возможно.

За поздние работы «Святейший Синод в его прошлом» (1896) и «Синодальные учреждения прежнего времени» (1897) Барсову были присуждены премия имени митроподита Московского и Коломенского Макария (Булгакова) и Уваровская премия.

Общественно-государственная деятельность

Т. В. Барсов принял участие в последнем этапе церковных реформ императора Александра II.

В декабре 1869 года Святейший Синод включил Барсова в состав комиссии для разработки основных положений преобразования судебной части по духовному ведомству под председательством архиепископа, впоследствии митрополита Макария (Булгакова).

В 1879 году назначен членом комитета по преобразованию судной части духовного ведомства и в том же году утвержден в звании экстраординарного профессора по кафедре законоведения.

Приобрело другую форму и многолетнее сотрудничество Барсова с ведомством Святейшего Синода. В январе 1879 года обер-прокурор причислил его сверх штата к своей канцелярии и прикомандировал к канцелярии Святейшего Синода обер-секретарем по III отделению, которое ведало делами о церковных землях, расколе и сектах. Утвержден в должности Синодом в мае 1879 года и пребывал в ней до выхода в отставку, одновременно служил в СПбДА. Несмотря на перемену статуса, продолжал заниматься переводами с греческого на руссский язык и с русского на греческий синодальной переписки и корреспонденции Санкт-Петербургского митрополита Исидора (Никольского).

В 1884 году Барсов был назначен членом и делопроизводителем комиссии по вопросу об устройстве управления церквами и духовенством военного ведомства.

Теоретические и исторические взгляды Барсова на характер отношений Церкви и государства в России оказали непосредственное воздействие на его деятельность в должности обер-секретаря Синода и члена синодальных комиссий. Так, работая в комиссии митрополита Макария, он проводил жесткую линию тогдашнего обер-прокурора Д. А. Толстого на трансформацию духовного суда по подобию светских судов, не смущаясь тем, что его проект находился в вопиющем противоречии с каноническим правом. Например, он предлагал изъять из юрисдикции Церкви дела о браках и разводах, вводил институт прокурорского надзора, замыкавшийся на обер-прокуроре Синода, значительно сокращал каноническую власть епархиального архиерея в области церковного суда. Проект, одобренный обер-прокурором, вызвал почти единодушное «нет» православной иерархии.

Ученые звания

Научные воззрения и практическая деятельность Барсова вызвали устойчивое негативное отношение к нему в среде профессуры духовных академий. Его претензия на докторскую степень в стенах родной СПбДА была отклонена. Лишь после многолетних и усиленных ходатайств и при содействии некоторых влиятельных иерархов ему удалось добиться от Святейшего Синода степени доктора богословия.

В декабре 1888 года Барсов был удостоен степени доктора канонического права за исследование «О каноническом элементе в церковном управлении», опубликованное еще в 1882 году.

В январе 1889 года, по выслуге 25 лет, удостоен звания заслуженного экстраординарного профессора, в том же году избран и утвержден в звании заслуженного ординарного профессора.

Последние годы

Незадолго до кончины Т.В. Барсов вышел в отставку, покинув и должность обер-секретаря, и профессорскую кафедру в академии. Он намеревался посвятить остаток жизни детям (его супруга умерла) и научной деятельности, но скоропостижно скончался 7 января 1904 года. Похоронен в Александро-Невской лавре.