Jednonanowy kościół wzniesiony w stylu gotyckim w l. 1338-1402 jako kaplica cmentarna przy kościele Mariackim. Jedną z jego fundatorek była św. Królowa Jadwiga. Z końca XV w. pochodzi późnogotyckie przedstawienie Modlitwy w Ogrojcu, powstałe w kręgu artystycznym Wita Stwosza, a umieszczone w zewnętrznej, arkadowej kaplicy od strony dawnego cmentarza. Po wprowadzeniu w kościele Mariackim kazań w języku polskim, kościół św. Barbary stał się w XVI w. ośrodkiem liturgii dla mieszczan niemieckojęzycznych. W l. 1680-87 kościół poddany został przebudowie, a w l. 1760—67 otrzymał dzisiejszy wystrój wnętrza z polichromią Franciszka Ignacego Molitora na sklepieniu i dekoracją stiukową. Cennym dopełnieniem architektury i wystroju wnętrza, w tym obrazu Matki Bożej pędzla Tommassa Dolabelli, są wmurowane w fasadę boczną renesansowe epitafia.
Od 1583 r. do kasaty w 1773 r oraz ponownie od 1874 r. gospodarzami świątyni są Jezuici, których kolegium przy Małym Rynku z przełomu XVI/XVII w. sąsiaduje z klasztorem
Prace konserwatorsko-remontowe w kościele prowadzone są z udziałem SKOZK od 2000 r. Dzięki środkom Komitetu przeprowadzono m.in. remont konserwatorski elewacji kościoła wraz z kaplicą ogrojcową, osuszenie i odgrzybienie, konserwację polichromii sklepienia poprzedzoną wzmocnieniem sklepienia, na którym pojawiły się zarysowania związane ze stanem zagrożenia katastrofą budowlaną. w 2007 prowadzone są prace związane z wymianą pokrycia dachu i sygnatury kościoła. Głównym sponsorem tego etapu renowacji jest Norweski Mechanizm Finansowy w ramach Mechanizmu Finansowego Europejskiego Obszaru Gospodarczego, a SKOZK pełni rolę instytucji współfinansującej.
W l. 2000-2008 SKOZK przeznaczył na prace w kościele 3.315.033 zł.