A budapesti Királyi Magyar Tudományegyetem Orvostudományi Karán tanult, majd Lipcsében Wilhelm Wundt pszichológus és fiziológus tanítványa volt. Az általános gyógyászati ismeretek elsajátítása után érdeklődése a pszichiátria felé fordult, már fiatal éveiben feltűnő eredményeket ért el az elmezavar alaposabb felismerésében és gyógyításában. A budapesti orvoskaron a Pszichiátriai Klinika mellett kísérleti pszichológiai laboratóriumot létesített 1899-ben - ez volt az első lélektani laboratórium a budapesti orvoskaron -, majd 1902-ben megszervezte annak jogutódját, a Gyógypedagógiai és Pszichológiai Magyar Királyi Laboratóriumot. Munkatársaival a gyógyítás és nevelés pszichológiai alapjait teremtette meg a laboratóriumban, amelynek kiadásait gyakran saját költségéből fedezte. Ma két intézmény is elődjének tekinti: a Bárczy Gusztáv Gyógypedagógiai Főiskola Pszichológiai Laboratóriuma és az MTA Pszichológiai Intézete. 1906-ban egyetemi tanári címet kapott, két év múlva rendkívüli egyetemi tanár lett. Az egyetem orvoskara azonban nem nézte jó szemmel, hogy az intézmény helyet ad a kísérleti pszichológiának, a lélek tanulmányozásának, ezért fokozatosan kiszorították köreikből. 1916-ban az Apponyi Poliklinika ideggyógyászati főorvosává nevezték ki. 1924-től az egészségügy királyi főtanácsosa volt, majd miután megvált a laboratórium vezetésétől, annak tudományos felügyelője maradt. Mindezek mellett a Gyógypedagógiai Tanítóképző előadó tanáraként is működött. 1928-ban megalapította a Magyar Pszichológiai Társaságot, amelynek 3 évig elnöke majd örökös tiszteletbeli elnöke volt. Számos vizsgálati és mérési eljárást és készüléket (mnemométer, tudatfantom) dolgozott ki a pszichés működés vizsgálatára, őt tekintik Magyarországon a kísérleti pszichológia megalapítójának. Jelentősek az asszociációval és az emlékezettel kapcsolatos vizsgálatai. Az emlékezet működéséről máig fontos alaptörvényt állított fel, az úgynevezett homogén gátlást, amely szerint a hasonló anyagok tanulása rontja a felidézést. Az állítás, amelyet Ranschburg-féle gátlásként vagy jelenségként emlegetnek, általános érvényűnek bizonyult, a mai napig kutatják. Kiemelkedőek a fogyatékos embereken végzett figyelem-, emlékezet-, érzelemvizsgálatai, a számolás-, olvasás-, írás- és rajzképességgel kapcsolatos kutatási eredményei. A fentiekkel összefüggő gyermekkori képességzavarokról közölt adatait és következtetéseit külföldön is ismertette, azokat mai napig nevéhez kötik. A magyar gyógypedagógia-történetben általános gyógypedagógiai elméleti fejtegetései is jelentősek. A gyógypedagógia fogalmáról, egységéről, szakterületeiről, a speciális szakemberképzésről vallott nézetei mind a mai napig meghatározóak maradtak. Szakkönyveket, tanulmányokat is írt magyar, francia és német nyelven. Jelentős összefoglaló munkája az 1923-ban megjelent kétkötetes Emberi elme című műve. Gyógyító munkáját zsidó származása miatt a harmincas évektől hátráltatták, Budapest ostromakor, 1945. január 12-én halt meg. Hamvai a Rákoskeresztúri új köztemetőben nyugszanak, emléktáblája az akadémia Pszichológiai Intézetének falán található. A Magyar Pszichológiai Társaság nevét megörökítő emlékérmet alapított 1970-ben. 2014. 12. 16.