Nella stagione 2008 ha vinto la classifica cannonieri sia del Torneo Apertura che del Torneo Clausura, realizzando rispettivamente 19 e 18 reti, per un totale di 37 reti in 36 partite disputate.
Nel luglio 2009 è stato ceduto per 4,5 milioni di euro al Borussia Dortmund[5].
Al primo anno in Germania si è conquistato ben presto un posto da titolare, e ha chiuso la stagione andando a segno per 17 volte (terzo miglior marcatore del campionato dietro a Edin Džeko e Stefan Kießling).
Il 2 maggio 2012 il giocatore viene acquistato dal [[[Guangzhou Zuqiu Julebu|Guangzhou E.]] per una cifra intorno agli 8.5 milioni, firmando un contratto quadriennale, e si aggrega al suo nuovo club il 1º giugno[6]. Il suo debutto in Cina avviene il 15 luglio nel derby perso 1-0 contro il Guangzhou R&F, dove l'allenatore Marcello Lippi lo manda in campo al posto di Cléo. Il 22 luglio si rende decisivo realizzando il primo gol nel nuovo campionato durante la partita vinta 2-1 contro l'Henan Jianye[7].
Nel settembre 2022 ha annunciato il suo ritiro,[18] salvo ritornare sui suoi passi pochi mesi più tardi firmando in patria con il Sportivo Trinidense nel gennaio 2023.[19] Al termine di una stagione in cui ha realizzato 4 reti in 19 incontri, si è trasferito allo Sp. Luqueño.[20][21]
Nazionale
Ha scelto di giocare per la nazionale del Paraguay. Il suo debutto con la maglia della nazionale è avvenuto il 25 maggio 2010 in occasione della partita amichevole disputata contro l'Eire, in quest'occasione ha anche realizzato il suo primo gol[22]. Il 30 maggio ha giocato la sua seconda partita, subentrando al 70º minuto dell'amichevole contro la Costa d'Avorio, realizzando il secondo gol con la maglia della nazionale albirroja[23]. Barrios è stato uno dei 23 convocati dal CT paraguayano Gerardo Martino per i mondiali di Sudafrica 2010[24]. Con la nazionale paraguayana ha conquistato il secondo posto nella Coppa America 2011.
Statistiche
Tra club e nazionale ha giocato 654 incontri segnando 241 reti, alla media di 0,37 gol a partita.
^(ES) Lucas Barrios: Un partido, un gol, su ultimahora.com, Última Hora.com, 25 maggio 2010. URL consultato il 1º giugno 2010 (archiviato dall'url originale il 29 maggio 2010).
^(ES) Lucas Barrios: Segundo partido, segundo gol, su ultimahora.com, Última Hora.com, 30 maggio 2010. URL consultato il 1º giugno 2010 (archiviato dall'url originale il 2 giugno 2010).
^(ES) Oficial: La lista de Paraguay para el Mundial, su ultimahora.com, Última Hora.com, 31 maggio 2010. URL consultato il 1º giugno 2010 (archiviato dall'url originale il 3 giugno 2010).