کایل بارتلی در استاک‌پورت، منچستر بزرگ به دنیا آمد و تبار جامائیکایی دارد. او قبل از پیوستن به بولتون، در رده‌های پایه برای فلچر ماس رنجرز بازی کرد و در ۳۱ ژوئیه ۲۰۰۷ با آرسنال قرارداد بست. او کاپیتان تیم رزروهای آرسنال بود و همچنین بخشی از تیمی بود که در سال ۲۰۰۹ هم فاتح لیگ برتر آکادمی و هم جام حذفی جوانان شد.
بارتلی نخستین بازی حرفه‌ای خود را برای آرسنال در ۹ دسامبر ۲۰۰۹ در یک بازی لیگ قهرمانان اروپا در شکست بیرون از خانه مقابل المپیاکوس انجام داد.
بارتلی در فوریه ۲۰۱۰ قرارداد قرضی سه‌ماهه‌ای را با شفیلد یونایتد امضا کرد.
بارتلی در دقیقه ۷۴ به عنوان تعویضی به جای لوران کوشیلنی در دور پایانی جام امارات، که یک تورنمنت دوستانه پیش‌فصل بود، وارد زمین شد. او در دقیقه ۸۴ یک گل به خودی زد و آرسنال رقابت‌ها را به نیویورک رد بولز واگذار کرد. در ۳ اوت ۲۰۱۱، بارتلی قرارداد جدیدی با آرسنال امضا کرد.
بارتلی در ۱۶ اوت ۲۰۱۲ با قراردادی که گمان می‌رود مبلغ آن در حدود ۱ میلیون پوند باشد، به سوانزی پیوست.