現在、バルセロナには11本の地下鉄路線があるが、そのうち１〜５号線及び９〜11号線は、バルセロナ市とカタルーニャ州が共同で1959年に設立したバルセロナ交通局（TMB）が、６〜８号線はカタルーニャ州政府の機関であるカタルーニャ公営鉄道（Ferrocarrilsde la Generalitat de Catalunya: FGC）が運営している。バルセロナ市内は、地下鉄のほか、FGC とRENFE（スペイン国鉄）が運営する郊外路線とトラム（７路線）、多数のバス路線等による稠密なネットワークが形成されており、バルセロナ市、カタルーニャ州、国が共同で設立した都市輸送公社（Autoritat del Transport Metropoltia: ATM）が運賃体系を含め、総合的な計画、連絡、調整業務を担当している。
バルセロナの最初の地下鉄の開業は、1924年グランメトロ社による現在の３号線Catalunya〜Lesseps 間で、1435mm 軌間であった。その後、1929年開催のバルセロナ万国博に合わせ、主要会場と市中心部間のアクセスを確保するため、1926年６月にトランスベルサル社による現在の１号線のCatalunya〜Bordeta（現在のEspanya）間が開業した。この１号線は当初、スペイン国鉄を結ぶ路線として建設されたため、1674mmゲージを採用した唯一の地下鉄路線となっている。1920〜30年代にも若干の延伸や４号線の一部の開業があったが、路線網の本格的な建設が開始されたのは第２次大戦後の、特に1970年代以降のことである。
一方、FGC の各路線は、都心と近郊とを結ぶ路線の都心部を地下化したもので、８号線はメーターゲージを採用している。
TMBの11号線は４号線の延伸線でありながら全線が単線で、２両編成の500系車両が走行しており、2009年にスペインで２番目に無人運転化を実現している。
別々の始発駅を出た２本の路線が、都心区間は同一軌道上を走行し、その後再び分岐して別々の終端駅に到達する９号線と10号線は、2009年９月に一部区間が開業した。この両線は無人運転が採用されることとなり、各駅にはホームドアが設置されている。完成すれば新たな準環状線となる予定の両線であるが、財政的な事情から現在は工事が中断されている。