Одна из самых древних улиц Москвы, Варварка получила свое название от местной церкви. Уже в XV веке упомянута Варварская улица с деревянной церковью святой Варвары. В начале XVI века она была разобрана и на ее месте построено каменное здание по проекту итальянца Алевиза Нового, создавшего в Кремле Архангельский собор, а за его пределами – более десятка каменных церквей. Одна из них сохранилась до наших дней практически в первозданном виде – это собор Петра Митрополита в Высоко-Петровском монастыре (другие церкви либо утрачены, либо значительно перестроены).

Каменная церковь на Варварке 1514 года постройки имела схожий облик – «восьмилистник» в плане, увенчанный одной мощной главой. Она была возведена по заказу купцов Василия Бобра, Федора Вепря и Юшки Урвихвостова, живших в Зарядье. Церковь стояла практически без изменений до конца XVIII века, когда ее обветшавшее здание разобрали. Новый храм святой Варвары тоже строился на частные средства: храмоздателями стали майор Иван Барышников и купец I гильдии Николай Самгин. Работы начались в 1796 году, а освящение новой церкви состоялось в 1804 году.

Наиболее вероятным автором церкви святой Варвары считается архитектор Родион Казаков, мастер эпохи классицизма. Крестообразное в плане здание увенчано мощным куполом с маленькой главкой и отмечено четырехколонными портиками с севера и с юга, с запада к нему примыкает трехъярусная колокольня. Церковь поставлена на высокий мощный цоколь, но из-за перепада высот со стороны Варварки он не заметен: чтобы увидеть его, нужно обойти храм с севера.

В 1812 году Варварская церковь пострадала сначала от французских солдат, устроивших в ней конюшню, а затем от пожара. Лишь в 1820-х годах она была полностью восстановлена.

Большие утраты произошли после революции. В 1932 году церковь святой Варвары была закрыта, вскоре улицу переименовали в честь Степана Разина. Храм лишился главы и верхнего яруса колокольни, изнутри его пространство было разгорожено на этажи для склада и контор, но все же здание устояло, несмотря на планы по его сносу.

В 1960-х годах параллельно со строительством в Зарядье здания гостиницы «Россия» были отреставрированы исторические памятники Варварки, в том числе и церковь святой Варвары, воссозданы ее глава и утраченная часть колокольни. Внутри расположился Совет Московского областного отделения Всесоюзного общества охраны памятников истории и культуры.

В 1991 году храм был передан общине верующих, вскоре возобновлены богослужения на втором этаже. В 1993 году улица снова стала называться Варваркой. В 2007 году во время археологических раскопок под храмом был обнаружен фундамент алевизовской церкви XVI века, подтвердивший версию о ее внешнем сходстве с собором в Высоко-Петровском монастыре.

Проект реставрации 2014-2015 годов предусматривал восстановление облика храма, сложившегося к 1880-м годам. В ходе работ отреставрирована штукатурная поверхность фасадов и сохранившиеся элементы лепного декора фасадов – капители и пилястры коринфского ордера, ионические пилястры, розетки, цветы, полубалясины и карнизы. Утраченные декоративные элементы воссозданы по аналогам. Колористическое решение фасадов разработано на основании архивных и химико-технологических исследований – фасады выкрашены в насыщенный теплый розовый цвет, а лепной декор имеет табачный оттенок, поверх которого выполнены бликовка и золочение сусальным золотом на лак.

На основании архивных данных и натурных исследований на северном портике был раскрыт центральный дверной проем, воссозданы и установлены на сохранившиеся подставы входные металлические двери и белокаменная лестница. Современные металлические решетки заменили на выполненные по образцу сохранившейся в оконном проеме южного фасада решетки XVIII века. На основании архивных фотографий 1882 и 1931 годов были воссозданы завершение колокольни и кресты.

В 2016 году храм стал лауреатом конкурса Правительства Москвы "Московская реставрация" в номинации "За лучшую организацию ремонтно-реставрационных работ".