Ayoze Perez, Chancel Mbemba och Dwight Gayle gjorde i en bekväm seger, men det var Jack Grealish 89-minuters mål som förseglade Magpies "titel.
Perez flackade yta gjorde det 1-0, innan Mbemba slog in för att dubbla ledningen från en Perez rebound.
Gayle lade till en sent tredje innan Grealish mål gav dem titeln.
Det var en bekväm seger för Rafael Benitez sida - men det såg ut som det inte skulle räcka att försegla top spot, efter Glenn Murray straff hade satt ligan ledare Brighton framför Villa Park.
Men trots att Grealish var nere på 10 män som följde Nathan Bakers röda kort, slog han Brighton Keeper David Stockdale för att skicka Magpies ovanför Brighton i bordet.
Vid St James Park terroriserade DeAndre Yedlin Barnsley på höger sida och det var hans kors som Perez ledde in i nedre hörnet för att öppna poängsättningen.
Christian Atsu tvingade Barnsleys målvakt Adam Davies i två starka dykning räddningar med kraftfulla skott och Massadio Haidara slog en bra chans över crossbaren från Perez nedskärningar som värdarna dominerade.
Davies höll ut Jack Colback med benen, men Magpies fick en välförtjänt sekund när Davies sköt Perez skott ut perfekt för Mbemba att slå hem sitt första mål för klubben.
Jonjo Shelvey slog inlägget innan Aleksandar Mitrovics huvud skickade substitut Gayle genom att slutföra poäng med en säker avslutning förbi onrushing Davies.
Under manager Benitez, Newcastle tog 12 spelare till klubben efter att släppa in i mästerskapet förra sommaren, med Matt Ritchie och Gayle flyttar ner en division för att underteckna fem-års erbjudanden.
Med mer än £ 50 miljoner spenderas i överföringsavgifter ensam, Magpies var under press att uppnå befordran - en bedrift de lyckades med två spel att undvara.
Benitez sida har kämpat med Brighton under hela säsongen för top spot, men sedan Seagulls uppnått befordran den 17 april har de sjunkit av takten dramatiskt.
I slutändan är det tre raka segrar för Newcastle och tre matcher utan tre poäng för Chris Hughton sida som har berättat, vilket ger Toon det perfekta slutet på kampanjen.
Matchändar, Newcastle United 3, Barnsley 0.
Andra halvlek, Newcastle United 3, Barnsley 0.
Yoan Gouffran (Newcastle United) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Foul av Sayy Janko (Barnsley).
Yoan Gouffran (Newcastle United) vinner en frispark på vänsterflygeln.
Foul av Marley Watkins (Barnsley).
Försök missade. Elliot Lee (Barnsley) höger fotade skott från höger sida av lådan är hög och bred till vänster. Hjälpt av Matthew James.
Foul av Aleksandar Mitrovic (Newcastle United).
Josh Scowen (Barnsley) vinner en frispark i anfallshalvan.
Mål!  Newcastle United 3, Barnsley 0. Dwight Gayle (Newcastle United) höger fotade skott från mitten av lådan till mitten av målet. Hjälpt av Aleksandar Mitrovic med en genom boll.
Försöket räddades. Elliot Lee (Barnsley) vänster fotade skott från utsidan boxen sparas i mitten av målet. Hjälpt av George Moncur.
Foul av Jack Colback (Newcastle United).
Josh Scowen (Barnsley) vinner en frispark på vänsterkanten.
Foul av Jack Colback (Newcastle United).
Ryan Williams (Barnsley) vinner en frispark på vänsterkanten.
Hörnet, Barnsley. Förföljd av DeAndre Jedlin.
Försök blockerat. Elliot Lee (Barnsley) höger fotade skott från mitten av lådan är blockerad.
Försöket räddades. Marley Watkins (Barnsley) huvud från mitten av lådan sparas i mitten av målet. Hjälpt av Josh Scowen.
Försök missade. Mohamed Diamé (Newcastle United) höger fotade skott från utsidan av lådan missar till vänster. Hjälpt av Jack Colback.
Ersättning, Newcastle United. Dwight Gayle ersätter Ayoze Pérez.
Försök blockerat. Marley Watkins (Barnsley) vänster fotade skott utanför lådan är blockerad. Hjälpt av George Moncur.
Ersättning, Barnsley. Elliot Lee ersätter Tom Bradshaw.
Ersättning, Barnsley. Ryan Williams ersätter Ryan Kent.
Ayoze Pérez (Newcastle United) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Foul av Josh Scowen (Barnsley).
Ersättning, Newcastle United. Mohamed Diamé ersätter Jonjo Shelvey.
Jonjo Shelvey (Newcastle United) träffar vänster stolpe med ett högerfotat skott från höger sida av lådan. Hjälpt av DeAndre Jedlin.
Offside, Barnsley. Matthew James försöker en genom boll, men Marley Watkins fångas offside.
Massadio Haidara (Newcastle United) vinner en frispark i defensiva halvan.
Foul av Tom Bradshaw (Barnsley).
Hörnet, Newcastle United. Förföljd av Adam Davies.
Försöket räddades. Aleksandar Mitrovic (Newcastle United) header från mycket nära räckvidd sparas i toppen av målet. Hjälpt av Jonjo Shelvey med ett kors.
Hörnet, Newcastle United. Förföljd av Sayy Janko.
Foul av Ayoze Pérez (Newcastle United).
George Moncur (Barnsley) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Foul av Yoan Gouffran (Newcastle United).
Sayy Janko (Barnsley) vinner en frispark på högerkanten.
Mål!  Newcastle United 2, Barnsley 0. Chansel Mbemba (Newcastle United) höger fotade skott från mitten av lådan till övre högra hörnet efter en set bit situation.
Försöket räddades. Ayoze Pérez (Newcastle United) höger fotade skott från höger sida av rutan sparas i nedre vänstra hörnet. Hjälpt av Jack Colback.
Ayoze Pérez (Newcastle United) vinner en frispark på högerkanten.
Newcastle United knöt mästerskapstiteln med seger över Barnsley, efter att Brighton medgav en sen utjämnare på Aston Villa.