Nonostante il padre Dioscuro, la rinchiuse in una torre per impedirlo, Barbara divenne cristiana. Per questo motivo fu denunciata dal prefetto Martiniano durante la persecuzione di Massimiano (III-IV sec.) e imprigionata a Nicomedia. Fu prima percossa con le verghe, quindi torturata col fuoco, subì quindi il taglio delle mammelle e altri tormenti. Infine venne decapitata per mano del padre, che la tradizione vuole incenerito subito dopo da un fulmine. Sempre la tradizione racconta che durante la tortura le verghe con la quale il padre la picchiava si trasformarono in piume di pavone, per cui la santa viene talvolta raffigurata con questo simbolo. È invocata come protettrice contro i fulmini e la morte improvvisa e protettrice degli artificeri, artiglieri, minatori e carpentieri.

Il corpo di Santa Barbara si venera, dal 1009, nella chiesa veneziana di S. Giovanni Battista a Torcello. La reliquia del cranio era custodita, prima in un busto di legno poi in uno di metallo, nella chiesa di S. Barbara dei Librari. Con la soppressione della parrocchia di S. Barbara, avvenuta il 15 settembre 1594, l’insigne reliquia fu portata a San Lorenzo in Damaso. Il reliquiario parte in argento, parte argento e bronzo dorato, è da attribuirsi alla prima metà del XVI secolo. Il Diario Romano (1926) indica a S. Maria in Traspontina, nell’altare a lei dedicato, un frammento di un braccio. Alcune reliquie non insigni di S. Barbara sono conservate, in un cofanetto del XII secolo, nel Tesoro di S. Giovanni in Laterano