Barbara Bain, geboren als Mildred Fogel (Chicago, 13 september 1931), is een Amerikaanse actrice.
Bain behaalde een bachelor sociologie aan de Universiteit van Illinois. Na haar studies verhuisde ze naar New York waar ze aan de slag ging als model, danseres en actrice. In 1957 huwde ze collega-acteur Martin Landau.
In 1966 ging ze aan de slag in de televisieserie Mission: Impossible. Voor haar rol als "Cinnamon Carter" won ze van 1967 tot 1969 drie jaar op rij een Emmy Award als beste actrice in een dramaserie. Voor dezelfde rol werd ze in 1968 genomineerd voor een Golden Globe. Van 1975 tot 1977 speelde ze de rol van "Dr. Helena Russell" in de Britse sciencefictionserie Space: 1999, waarin haar echtgenoot de rol van "Commandant John Koenig" voor zijn rekening nam. Gastrollen had ze onder meer in Millennium, Walker, Texas Ranger, CSI: Crime Scene Investigation, Moonlighting en Murder, She Wrote.