Foa hat viele Hauptrollen in Theaterstücken und Musicals off-Broadway und im regionalen Theater gespielt. Zu seinen regionalen Credits gehören Sweet Charity, The Music Man, Camelot, Pirates! Das Musical, Die Dame in Frage, Viel Lärm um nichts, und die Fantasticks. Zu seinen Off-Broadway-Credits ab Februar 2020 gehören Buyer & Cellar, The Drunken City, Godspell und Tio Pepe (aka Somewhere).
Foa bekam seine Pause als Jesus in der Off-Broadway-Wiederbelebung des Musicals Godspell zum 30-jährigen Jubiläum im Jahr 2000. Er ist auch auf dem Cast-Album. Sein Broadway-Theaterdebüt gab er 2001 als Darsteller in der Originalproduktion von Mamma Mia!, ein Musical basierend auf 22 Popsongs von ABBA. Nach Monaten mit der Show, Foa ging, um einen dreimonatigen Job bei TheatreWorks in Palo Alto anzunehmen, Kalifornien, wo er die Hauptrolle in einem Musical namens Kept mit Musik von Henry Kreiger und Texten von Bill Russell schuf.Nachdem er Matt in den Fantasticks im Muny in St. Louis gespielt hatte, wurde Foa ausgewählt, Claudio in einer Doppelproduktion von Much Ado About Nothing auf der Hartford Stage und der Shakespeare Theatre Company in Washington, DC, zu spielen. Im Jahr 2003 war Foa in der Cupid and Psyche-inspirierten Vier-Personen-Off-Broadway-Show mit dem gleichen Namen, die auch eine aktualisierte griechische Mythologie und Komödie war. Er war auch im Musical Camelot als der böse Mordred mit einem dicken schottischen Grat dargestellt, der ein Punk-Bastard ist.Foa hat am Broadway hunderte Male über einen Zeitraum von zehn Jahren durchgeführt; in der Mitte der 2000er Jahre als Princeton und Rod in Avenue Q, und dann wurde die Rolle des Leaf Coneybear in der 25. jährlichen Putnam County Spelling Bee angeboten. Er war der erste Schauspieler in Avenue Q, der zuerst kein Puppenspieler gewesen war, „Es war ein bisschen beängstigend, in einen Raum voller Puppenspieler zu gehen und zu sagen:“Ich werde deine neue Hauptrolle sein. Sie gaben mir einen intensiven zweitägigen Kurs und ich bewies beim Vorsprechen, dass ich zu allen anderen passen konnte. Ich muss ein Jahr lang die Zweitbesetzung sein“. Er übernahm 2005 eine Hauptrolle in Avenue Q und 2006 eine Hauptrolle in der 25. jährlichen Putnam County Spelling Bee.
Er spielte seinen letzten Auftritt als Frederic in Pirates! eine aktualisierte Version der Piraten von Penzance, am 8. Juli 2007 im Paper Mill Playhouse. Er spielte Karel in Die fragliche Dame, ein Stück von und mit Charles Busch vom 14. August bis 2. September 2007.
Vom 13.März bis 20.April 2008 spielte er Eddie in The Drunken City bei Playwrights Horizons. Er spielte auch Tu-Ping in einer Workshop-Präsentation von The Nightingale mit Musik von Duncan Sheik und Buch und Texten von Steven Sater am New York Theatre Workshop unter der Regie von James Lapine.Im Mai 2008 spielte er Jordy in a Workshop of Giant, einem neuen Musical mit Musik und Texten von Michael John LaChiusa und einem Buch von Sybille Pearson, basierend auf dem Roman von Edna Ferber und dem Film mit Rock Hudson, Elizabeth Taylor und James Dean.
Er hatte sich am Broadway etabliert, nahm dann den Rat einiger Freunde an und zog Ende der 2000er Jahre nach Los Angeles, um Fernseharbeit zu leisten. Bald darauf bekam er Cameo- und Nebenrollen in Numb3rs, The Closer und HBOs Entourage.
Seit 2009 porträtiert Foa Eric Beale, einen Computer- und Technologie-„Zauberer“ in der Militärpolizei-Verfahrensshow über den Naval Criminal Investigative Service, NCIS: Los Angeles. Es war das erste Spin-off von NCIS, zu der Zeit die zweitbeliebteste Show des Landes. Die Show ist ein prozedurales Krimidrama, aber gepaart mit einer „Art Arbeitsplatzkomödie“. Er sprach für einen Operationspsychologen vor, aber die Produzenten schrieben stattdessen den Beale-Teil für ihn. Es war sein erster stabiler Job in seinem Leben mit einem Zehn-Monate im Jahr, 9-5p Zeitplan. Seine wiederkehrende Rolle in NCIS: Los Angeles wurde Mitte der ersten Staffel nach zwölf Folgen zu einer regulären Serie aufgewertet. Im April 2011 wechselte sein Charakter in einer Serie zuerst von seiner Station im Operations Center — und seiner lässigen Surfbekleidung — zur Feldarbeit, einschließlich der Verwendung einer Waffe.
Foa tritt neben seiner Fernseharbeit weiterhin live auf: „Ich bin es gewohnt, eine Live-Verbindung mit einem Publikum auf einer Bühne und auch nach der Show herzustellen. … Es gibt eher eine unmittelbare persönliche Note.“ Im Januar 2011 leitete Foa die musikalische Bühnenshow Sincerely, John Hughes, eine Hommage an die Filme und Soundtracks des Filmregisseurs John Hughes. Foa ist Co-Autor, Produzent und Star von „For The Record: John Hughes“, einem Live-Musik-Event mit Szenen und Songs aus den Filmen des Filmregisseurs der 1980er Jahre; es spielte mehrere ausverkaufte Läufe in LA und NYC.Im Sommer 2012 kaufte er eine „architektonische Residenz“ mit zwei Schlafzimmern über dem Sunset Strip für 1,4 Millionen US-Dollar und verkaufte sie ein Jahr später für fast 1,7 Millionen US-Dollar.Im Juli 2013 spielte Foa Harold Hill, die Hauptrolle im Musical The Music Man, das vom Connecticut Repertory Theatre aufgeführt wurde. Von Mai bis August 2014 spielte Foa die Hauptrolle in Jonathan Tolins ‚Ein-Mann-Off-Broadway-Komödie „Buyer & “ über einen Schauspieler, der ein Kellergeschäft in Barbra Streisands Haus verwaltet. Im Keller ihres Hauses in Malibu befindet sich ein Einkaufszentrum mit malerischen Geschäften, „rein zu ihrer eigenen Unterhaltung“ gebaut, um ihre umfangreichen Sammlungen unterzubringen.
Für NCIS: In der siebten Staffel von Los Angeles (2015-6) ist Foas Charakter, der normalerweise im Hauptquartier zu sehen ist, für die Feldarbeit ausgebildet, einschließlich des Umgangs mit Waffen. Im Mai 2016 kaufte Foa ein dreistöckiges, modernes Haus mit zwei Schlafzimmern in Silver Lake für 1,35 Millionen Dollar.
Anfang 2019 hatte Foa einen Gastauftritt bei Will & Grace als Wills Liebesinteresse – und Mitlehrerin. Im Mai 2019 kaufte er ein Haus im Ranch-Stil für 2,1 Millionen US-Dollar aus den 1950er Jahren in den Ausläufern des Beachwood Canyon.
2019 wurde er vom NCIS beurlaubt, damit er nicht von St. Louis, Missouri, wo er Prior Walter spielte, die Hauptrolle in Tony Kushners siebenstündigem Stück Angels in America in zwei Akten. Im Februar 2020 Foa führte eine Kabarett-Benefiznacht, „Barrett Foa hat Freunde!“, für die in LA ansässigen PFOTEN, die Menschen mit chronischen Krankheiten helfen, sich um ihre Haustiere zu kümmern.