Ernesto Valverde được bổ nhiệm làm huấn luyện viên trưởng của FC Barcelona vào tháng 5 năm 2017, kế nhiệm Luis Enrique. Ông đến Camp Nou trong bối cảnh CLB vừa trải qua một mùa giải không mấy thành công (chỉ giành được Cúp Nhà Vua) và sắp phải đối mặt với sự ra đi gây sốc của Neymar Jr. Nhiệm vụ của Valverde là ổn định lại đội bóng, tìm lại vinh quang ở cả đấu trường quốc nội lẫn châu Âu.
Mùa giải đầu tiên (2017-2018) của Valverde tại Barcelona khởi đầu không suôn sẻ với thất bại chung cuộc 1-5 trước đại kình địch Real Madrid ở Siêu cúp Tây Ban Nha. Tuy nhiên, ông nhanh chóng vực dậy đội bóng. Valverde thể hiện sự thực dụng trong chiến thuật, thường sử dụng sơ đồ 4-4-2 linh hoạt bên cạnh 4-3-3 truyền thống, ưu tiên sự chắc chắn ở hàng phòng ngự. Dưới sự dẫn dắt của ông, Barcelona đã có chuỗi trận bất bại ấn tượng tại La Liga và giành chức vô địch một cách thuyết phục. Họ cũng bổ sung thêm danh hiệu Cúp Nhà Vua sau khi đánh bại Sevilla 5-0 trong trận chung kết. Điểm nhấn của mùa giải là cú đúp danh hiệu quốc nội, cho thấy khả năng quản lý và điều chỉnh chiến thuật hiệu quả của Valverde. Tuy nhiên, thất bại đau đớn trước AS Roma ở tứ kết Champions League (thua 0-3 ở lượt về sau khi thắng 4-1 ở lượt đi) đã phủ bóng đen lên thành công này.
Huấn luyện viên Ernesto Valverde nâng cao cúp La Liga cùng Barcelona, đánh dấu thành công trong sự nghiệp tại Camp Nou.
Bước sang mùa giải 2018-2019, Valverde tiếp tục giúp Barcelona thống trị La Liga, bảo vệ thành công ngôi vô địch. Đội bóng vẫn thể hiện sự ổn định cao tại giải quốc nội, bỏ xa các đối thủ cạnh tranh. Tuy nhiên, những dấu hỏi về bản lĩnh và chiến thuật ở đấu trường châu Âu ngày càng lớn. Barcelona một lần nữa trải qua một cú sốc tại Champions League, lần này là ở bán kết trước Liverpool. Dù thắng 3-0 ở lượt đi tại Camp Nou, họ đã thảm bại 0-4 trong trận lượt về tại Anfield. Thất bại này, cùng với việc để thua Valencia 1-2 trong trận chung kết Cúp Nhà Vua, đã khiến áp lực đè nặng lên vai Valverde. Lối chơi bị cho là thiếu bản sắc, quá thực dụng và phụ thuộc vào Lionel Messi bắt đầu bị chỉ trích gay gắt từ người hâm mộ và giới truyền thông.
Mùa giải 2019-2020 khởi đầu với nhiều bất ổn cho Barcelona dưới thời Valverde. Phong độ của đội bóng thiếu ổn định, đặc biệt là trên sân khách. Mặc dù vẫn dẫn đầu La Liga sau nửa mùa giải, màn trình diễn tổng thể không thuyết phục. Giọt nước tràn ly đến vào tháng 1 năm 2020, sau khi Barcelona bị Atlético Madrid loại ở bán kết Siêu cúp Tây Ban Nha theo thể thức mới. Ban lãnh đạo CLB quyết định sa thải Ernesto Valverde, đưa Quique Setién lên thay thế. Đây là lần đầu tiên Barcelona sa thải một huấn luyện viên giữa mùa giải kể từ năm 2003 (Louis van Gaal). Nguyên nhân chính được cho là do thành tích không như kỳ vọng ở Champions League trong hai mùa trước, lối chơi không làm hài lòng ban lãnh đạo và người hâm mộ, cùng với kết quả đáng thất vọng tại Siêu cúp Tây Ban Nha.
Khoảnh khắc Ernesto Valverde rời sân tập Barcelona, tượng trưng cho việc kết thúc sự nghiệp huấn luyện viên tại câu lạc bộ xứ Catalan.
Nhìn lại, sự nghiệp huấn luyện viên của Ernesto Valverde tại Barcelona mang nhiều sắc thái trái ngược. Ông đã mang về cho CLB 2 chức vô địch La Liga, 1 Cúp Nhà Vua và 1 Siêu cúp Tây Ban Nha trong hai mùa giải rưỡi. Tỷ lệ chiến thắng của ông ở La Liga là rất cao, cho thấy sự hiệu quả trong việc duy trì sự ổn định ở giải quốc nội. Valverde cũng được biết đến là người có mối quan hệ tốt đẹp với các cầu thủ, đặc biệt là các công thần trong đội. Tuy nhiên, hai thất bại tủi hổ ở Champions League trước Roma và Liverpool đã trở thành vết sẹo khó phai trong nhiệm kỳ của ông. Lối chơi thực dụng, đôi khi thiếu sức sống và sự đột biến, cũng là điểm trừ lớn, đi ngược lại triết lý tấn công cống hiến truyền thống của Barcelona. Di sản của Valverde tại Camp Nou là một giai đoạn gặt hái danh hiệu quốc nội đều đặn nhưng luôn bị ám ảnh bởi những thất bại nặng nề ở châu Âu và sự hoài nghi về bản sắc lối chơi.
