Родился 10 января 1929 года в г. Батуми (Аджарская АРСР).
В 1953 г. окончил Харьковский государственный театральный институт, начал работать в Днепропетровском областном украинском передвижном театре на должности режиссёра-постановщика.
В 1956—1962 гг. — главный режиссёр Львовского театра юного зрителя им. М.Горького.
В 1962—1964 гг. — главный режиссёр Одесского театра оперетты. Позже (1964—1970 гг.) режиссёр республиканского Киевского театра юного зрителя. На сцене этого театра поставил ряд спектаклей, которые были высоко оценены общественностью и прессой, а поставленный А. С. Барсегяном в 1964 году спектакль "Молодая гвардия А. Фадеева отмечен премией Ленинского Комсомола.
С 1970 по 1973 года возглавлял Киевский театр оперетты.
С 1975 г. — главный режиссёр Харьковского государственного академического русского драматического театра им. А.Пушкина.
С 1979 г. — заведующий кафедрой режиссуры Харьковского института искусств им. И.Котляревского.
С 1983 г. — главный режиссёр — директор Харьковского театра им. А.Пушкина. На сцене Харьковского академического театра им. А. С. Пушкина А. С. Барсегян осуществил постановки более 80-ти украинской, российской, а также мировой современной и классической драматургии.
В течение многих лет успешно объединяет творческую работу в театре с педагогической деятельностью. Руководил актёрской студией Киевского театра оперетты, был руководителем курса, а затем заведующим кафедрой режиссуры Харьковского института искусств им. И. П. Котляревского. Многие воспитанники А. С. Барсегяна работают в ведущих театрах Украины и за её пределами.
Активный общественный деятель, заместитель председателя Харьковского межобластного правления Союза театральных деятелей Украины.
Профессор, народный артист Украины, лауреат регионального рейтинга «Харьковчанин столетия», «Почётный гражданин Харькова» (2006 г.). Награждён орденом «Трудового Красного знамени»(1986 г.),, Почётной грамотой Кабинета Министров (2004 г.), государственной наградой Российской Федерации — медалью Пушкина (2007 г.), орденом «За заслуги» III степени (2004). 2008 г. — Почётная грамота Харьковского горсовета, специальная премия за «Преданность искусству» в конкурсе «Народное признание». Удостоен званий Заслуженного артиста УССР (1965 г.), Заслуженного деятеля искусств (1969 г.), Народного артиста УССР (1978 г.).
Среди выпускников А. С. Барсегяна Алексей Коломийцев — известный украинский режиссёр и композитор.