Nie wiemy dokładnie ani kiedy, ani w jakich okolicznościach poniosła śmierć. Przypuszcza się, że zapewne ok. roku 305, kiedy nasilenie prześladowań za panowania cesarza Maksymiana Galeriusza (305-311) było najkrwawsze. Nie znamy również miejscowości, w której żyła Święta i oddała życie za Chrystusa. Późniejszy jej żywot jest utkany legendą.
Według niej była piękną córką bogatego poganina Dioskura z Heliopolis w Bitynii (płn. cz. Azji Mniejszej). Ojciec wysłał ją na naukę do Nikomedii. Tam zetknęła się z chrześcijaństwem. Prowadziła korespondencję z wielkim filozofem i pisarzem Orygenesem z Aleksandrii. Pod jego wpływem przyjęła chrzest i złożyła ślub czystości. Ojciec dowiedziawszy się o tym, pragnąc wydać ją za mąż i złamać opór dziewczyny, uwięził ją w wieży. Jej zdecydowana postawa wywołała w nim wielki gniew. Przez pewien czas Barbara była głodzona i straszona, żeby wyrzec się wiary. Kiedy to nie poskutkowało, ojciec zaprowadził ją do sędziego i oskarżył. Sędzia rozkazał najpierw Barbarę ubiczować, jednak jej chłosta wydała się jakby muskaniem pawich piór. W nocy miał ją odwiedzić anioł, zaleczyć jej rany i udzielić Komunii św. Potem sędzia kazał Barbarę bić maczugami, przypalać pochodniami, a wreszcie obciąć jej piersi. Chciał ją w takim stanie pognać ulicami miasta, ale wtedy zjawił się anioł i okrył jej ciało białą szatą. Wreszcie sędzia zrozumiał, że torturami niczego nie osiągnie. Wydał więc wyrok, by ściąć Barbarę mieczem. Wykonawcą tego wyroku miał się stać ojciec Barbary, Dioskur. Podobno ledwie odłożył miecz, zginął rażony piorunem. Barbara poniosła męczeńską śmierć w Nikomedii (lub Heliopolis) ok. 305 roku.
Być może, że właśnie tak nietypowa śmierć, zadana ręką własnego ojca, rozsławiła cześć św. Barbary na Wschodzie i na Zachodzie. Żywoty jej ukazały się w języku greckim, syryjskim, koptyjskim, ormiańskim, chaldejskim, a w wiekach średnich we wszystkich językach europejskich. W wieku VI cesarz Justynian sprowadził relikwie św. Barbary do Konstantynopola. Stąd zabrali je Wenecjanie w 1202 roku do swojego miasta, by je z kolei przekazać miastu Torcello, gdzie się znajdują w kościele Św. Jana Ewangelisty.
Również w Polsce kult św. Barbary był zawsze bardzo żywy. Już w modlitewniku Gertrudy, córki Mieszka II (XI w.), wspominana jest pod datą 4 grudnia. Pierwszy kościół ku jej czci wystawiono w 1262 r. w Bożygniewie koło Środy Śląskiej. W XV w. Wydział Teologiczny Akademii Krakowskiej obrał sobie św. Barbarę za patronkę. W wieku XV wydział teologiczny na Akademii Krakowskiej obrał sobie za patronkę św. Barbarę. Poza Polską św. Barbara jest darzona wielką czcią także w Czechach, Saksonii, Lotaryngii, południowym Tyrolu, a także w Zagłębiu Ruhry. W Nadrenii uważana jest za towarzyszkę św. Mikołaja - warto wiedzieć, że w wielu miejscach to właśnie ona obdarowuje dzieci prezentami.
Jako patronkę dobrej śmierci czcili św. Barbarę przede wszystkim ci, którzy na śmierć nagłą i niespodziewaną są najwięcej narażeni: górnicy, hutnicy, marynarze, rybacy, żołnierze, kamieniarze, więźniowie itp. Polecali się jej wszyscy, którzy chcieli sobie uprosić u Pana Boga śmierć szczęśliwą. W Polsce istniało nawet bractwo św. Barbary jako patronki dobrej śmierci. Należał do niego m.in. św. Stanisław Kostka. Nie zawiódł się. Kiedy znalazł się w chorobie śmiertelnej na łożu boleści, a właściciel wynajętego przez Kostków domu nie chciał jako zaciekły luteranin wpuścić kapłana z Wiatykiem, wtedy zjawiła mu się św. Barbara i przyniosła Komunię świętą. Barbara jest ponadto patronką archidiecezji katowickiej, Edessy, Kairu; architektów, cieśli, dzwonników, kowali, ludwisarzy, murarzy, szczotkarzy, tkaczy, więźniów, wytwórców sztucznych ogni, żołnierzy (szczególnie artylerzystów i załóg twierdz). Jest jedną z Czternastu Świętych Wspomożycieli.