Luciano Barros Ayala hat den Umweg über die Reserve genommen, ehe für ihn beim ersten Team Ernst wurde. 2017 kam er, nach einem Probetraining gegen Los Andes, in die Nachwuchsabteilung von Independiente und arbeitete sich durch die Jugendmannschaften. In der Reserve, im Torneo Apertura, kam der Rechtsverteidiger auf elf Einsätze und drei Tore. Sein Debüt im Erwachsenenfußball gab er in einem Vorbereitungsspiel gegen Alianza Lima, das Independiente mit 2:1 gewann; danach saß er bei mehreren Partien in Liga Profesional und Copa Argentina auf der Bank, ohne bislang selbst aufzulaufen.
Im August 2026 lieh Independiente ihn ohne Ablöse zum uruguayischen Klub Plaza Colonia aus, auch um im eigenen Kader Platz für die internationale Registrierung von Ezequiel Ávila zu schaffen. Der Klub sicherte sich dabei eine Rückkaufoption, befristet bis Dezember 2026; die Leihe selbst läuft bis zum 30. Juni 2027 und wurde am 27. August 2026 offiziell vorgestellt. Sein Pflichtspieldebüt für Plaza Colonia steht noch aus. Parallel dazu verlängerte er seinen Vertrag mit Independiente bis Dezember 2029.
International wurde Barros Ayala 2019 zu einem Lehrgang der argentinischen U-15-Auswahl eingeladen, als erster Spieler des Jahrgangs 2005 überhaupt. Zu offiziellen Einsätzen für eine Nachwuchsauswahl kam es bislang nicht.