En 1755 acompañó al embajador francés, el conde de Stainville (más tarde duque de Choiseul) a Italia, donde pasó tres años en estudios e investigaciones arqueológicas.
Escribió varios trabajos técnicos sobre esta última materia (por ejemplo, una Historia por medallas de los reyes de Tracia y del Bósforo), pero su fama se funda en la novela Voyage du jeune Anacharsis en Grèce, dans le milieu du quatrième siècle avant l'ère vulgaire / Viaje del joven Anacarsis a Grecia, a mediados del siglo cuarto antes de Cristo (1788), un relato que le costó treinta años de esfuerzos escribir y donde vertió el fruto de sus estudios e investigaciones arqueológicas.
[3] El héroe, un joven escita descendiente del famoso filósofo Anacarsis, uno de los Siete sabios de Grecia marcha a Grecia para instruirse en su primera juventud, y tras hacer el viaje de sus repúblicas, colonias e islas, vuelve a su país natal y escribe en su vejez este libro, tras la conquista por Alejandro Magno del Imperio Persa.
Los méritos de Barthelémy como filólogo estriban en haber sido el primero en descifrar con éxito antiguas lenguas orientales ya extintas.
Asimismo escribió una autobiografía: Mémoires sur la vie de l'abbé Bartolomé, écrits par lui-même (1824).