Après avoir fait ses études à la Sorbonne à Paris, elle entra au monastère dominicain de Saint-Jacques-du-Haut-Pas, situé à Paris. En 1634, elle partit pour l'Italie avec sa sœur Marie Madeleine Barat, pour rejoindre la congrégation des Dominicains de Béguines de Savoie, mais les deux sœurs ne trouvèrent pas leur lieu parmi eux.
Les deux sœurs retournèrent en France et se mirent sous la protection du Père Jean Eudes, fondateur des Filles de la Charité de Jésus-et-Marie. Il envoya François Marie à Annecy pour fonder une congrégation qui devait travailler auprès des pauvres filles. Le 25 mars 1636, avec sept compagnes, elle fit sa profession religieuse et prit le nom de Mère Madeleine Barat.
Après la mort du Père Eudes en 1640, les Filles de la Charité de Jésus-et-Marie se réunirent pour élire une supérieure générale. Elles choisirent François Marie qui prit alors le nom de Mère Agnès de Jésus.
En 1658, le cardinal Mazarin demanda à Mère Agnès la formation d'une congrégation pour lutter contre la prostitution à Paris. Elle fit construire un couvent à la Salpêtrière et y accueillit des prostituées malades et abandonnées. La congrégation était alors connue sous le nom de Filles de Saint-Vincent-de-Paul, car elle fut placée sous la protection de ce saint.
La fondatrice a également ouvert des écoles pour filles pauvres dans le quartier du Marais à Paris et plusieurs autres écoles dans les provinces. Mère Agnès mourut en 1690 à l'âge de 93 ans, elle fut canonisée par l'Église catholique romaine en 1908.
La congrégation fondée par François Marie Barat est maintenant connue sous le nom de Filles de la Charité et est présente dans plus de 80 pays du monde entier, travaillant auprès des pauvres, des enfants et des femmes.