Su formación académica se completó entre la Universidad Complutense de Madrid, donde estudió Ciencias Químicas y obtiene su doctorado en 1974 con la tesis: Interacción de antibióticos con el centro activo peptidil transferasa del ribosoma eucariótico.

Años más tarde regresó a su país natal para situarse al frente del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO).

Este hecho supuso un notable avance para el estudio de las bases moleculares del cáncer.

[4]​ En los meses siguientes estuvo ampliando sobre su descubrimiento llegando a determinar que dicho oncogén era una mutación de un alelo perteneciente a la familia Ras, y descubriendo su mecanismo de activación.

[5]​ Ha publicado trabajos en revistas como Nature y Nature Genetics y entre sus artículos más citados se encuentran los siguientes: Entre los premios recibidos por Mariano Barbacid se encuentran los siguientes: