Striker Diego Costa åkte iväg skadad för Attetico tidigt och Barcelona kapitaliserades som Alexis Sanchez krossade i en fantastisk öppnare.
Atletico kom ut stark i andra halvan när David Villa slog posten innan Diego Godin ledde en equalizer.
Barcelona skulle ha vunnit titeln med en seger och Dani Alves gick nära med en våldsam drive, men Atletico höll på.
Den sista visselpipan hälsades av vilda fester från Atlantico spelare och coaching personal, medan hela Nou Camp stod för att applådera Diego Simeone sida när de slutligen avslutade Barcelona-Real Madrid duopol i spansk fotboll.
Dragningen innebar att Atlantico slutade först med 90 poäng, tre före Barcelona och Real.
Det avslutade vad som har varit en fantastisk säsong för Attetico, som har sett dem ta segern på stadens rivaler Real, samt vinna nio ligamatcher i följd för att gå överst på bordet i mars.
Deras körning vacklade något mot slutet, som de förlorade till Levante och drog hemma till Malaga, men de gick in i matchen mot Barcelona vet en punkt skulle vara tillräckligt för att vinna titeln.
Om det gav Atlantico spelare någon psykologisk fördel, var det snabbt utrotas när Simeone sida förlorade två av sina nyckelspelare inne i öppningen 20 minuter.
Deras första offer var Costa. Strejken, med 27 mål i ligan denna säsong, hade bara återvänt till sidan efter att ha missat förra veckans dragning med Malaga, och han varade bara 14 minuter innan hans hamstring gick efter en kort sprint.
Costa haltade i tårar och bara sju minuter senare blev det värre för besökarna. Arda Turan, så ofta skaparen av Atleticos bättre drag den här säsongen, landade på ryggen obekvämt när han utmanade för innehav och han var också oförmögen att fortsätta.
Till Atleticos ära lät de inte det dubbla slaget störa dem eftersom de lyckades hålla Barcelona på armlängds avstånd, samtidigt som de också hotade sig själva ibland.
Atletico Tiago riktade en rubrik över baren från Kokes inbjudande kors, innan Pedro missade med ett liknande försök för Barcelona strax därefter.
Det hade knappt varit ett skott på målet under den första halvtimmen men det var ett ögonblick av briljans från Sanchez som gav Barcelona ledningen.
Cesc Fabregas böjde en boll i lådan för Lionel Messi som, med sin rygg till mål, knuffade bollen i vägen för en onrusande Sanchez, som slog en första gång ansträngning från den snävaste av vinklar precis innanför toppen till höger om målet Attetico.
Halvtidsvisslan gav Simeone chansen att ge ord av uppmuntran till sina spelare, och vad han sade uppenbarligen fungerade som besökarna gjorde en storming start till andra halvan.
Villas skott på svängen slog i stolpen, innan den tidigare Barcelona strejkaren såg en låg, vänsterfotade insats räddas av Pinto, men deras tryck betalade utdelning bara fem minuter efter omstart när Gabi piskade ett hörn i mitten av området där Godin steg högst för att skicka en kula huvudet låg i baksidan av nätet.
Barcelona behövde återfå initiativet om de skulle lyckas försvara ligan titeln och balansen i spelet snabbt svängde tillbaka till sin fördel, med besökarna verkar nöja sig med att suga upp trycket och försöka slå värdarna på disken.
Messi, tyst under stora perioder av spelet, hade bollen i nätet halvvägs genom andra halvan, men argentinens ansträngningar styrdes offside, innan Alves slog ett skott på avstånd som verkade avsedd för det övre hörnet, endast för Atteticokeeper Thibaut Courtois att reagera utmärkt för att skjuta bollen över sitt mål.
De Atlantico spelare höll sin nerv för att hålla Barcelona i schack i de sista 10 minuterna innan den slutliga visselpipan bekräftade sin status som liga mästare.
Med en trofé säkrad, Simeone kommer nu att byta sin uppmärksamhet till Champions League, med Attetico ta på Real Madrid i finalen på lördagen den 24 maj.
Atlantico Madrid vann La Liga för första gången sedan 1996 genom att säkra en dragning i en pulserande match i Barcelona.