La Iglesia parroquial de Santa Bárbara formaba parte en origen del convento de la Visitación de Nuestra Señora, conocido como las Salesas Reales, que fue creado por iniciativa de la reina Bárbara de Braganza –esposa de Fernando VI- para instalar en España a las monjas de la orden de la Visitación, que regentarían un colegio para niñas nobles, y tener un retiro adecuado para su previsible viudedad. El proyecto fue encargado en 1749 al arquitecto francés François –o Francisco- Carlier, Grand Prix de Roma en 1726; aunque la dirección de las obras recayó en el madrileño Francisco Moradillo, que entre 1750 y 1758 introdujo algunas modificaciones al proyecto original. Así, en la fachada principal, construida enteramente de sillería granítica con esculturas de mármol, conservó el diseño de Carlier para el cuerpo bajo, ritmado por pilastras de orden gigante entre las que se abren las tres puertas de entrada flanqueadas a ambos lados por espléndidos bajorrelieves de angelotes portando las Tablas de la Ley y la Cruz labrados por el escultor italiano Giovanni Domenico Olivieri, bajo hornacinas ocupadas por las estatuas de San Francisco de Sales y Santa Juana Francisca de Chantal realizadas por Alfonso Giraldo Bergaz, entre las que aparecen unos incensarios que enmarcan el medallón central con un bajorrelieve de La Visitación, obra también de Olivieri. En cambio, realizó alteraciones sustanciales en el cuerpo superior, donde sustituyó las monumentales parejas de Evangelistas previstas como coronación de los extremos por sendas torrecillas atrofiadas, y rebajó el ático central, que remató con un gran frontón triangular del ancho de las tres calles; igualmente modificó la planta y el perfil de la cúpula del crucero, redondeándola y coronándola con un chapitel bulboso sobre la linterna. El interior presenta planta de cruz latina, de una sola nave cubierta con bóveda de cañón con lunetos y dividida en dos tramos, con el primero ocupado por el coro alto a los pies –con un órgano fabricado en 1756 por Leonardo Fernández Dávila que concluyó el napolitano Monticelli- y el segundo por sendas capillas-hornacinas a ambos lados; el transepto se cubre también con bóveda de cañón con lunetos y se centra por una gran cúpula sobre pechinas apoyada en pilares achaflanados con tambor y linterna, y el presbiterio se remata con amplia cabecera recta, entre la sacristía y el coro bajo de las monjas. También esta planta fue algo alterada por Moradillo, que simplificó sus perfiles, eliminando también parte de la rica decoración escultórica prevista en los alzados, aunque conservó las pilastras y semicolumnas de rico orden corintio y el entablamento corrido previstos por Carlier. Sobre esta trama se dispone un riquísimo ajuar de retablos de mármoles y bronces, de trazas clásicas y gusto rococó, enmarcando lienzos de importantes artistas del barroco final: los laterales de la nave presentan pinturas del veronés Giambettino Cignaroli en el lado del Evangelio –izquierdo- y del napolitano Corrado Giaquinto en el de la Epístola –derecho-; en el crucero otros retablos similares contienen lienzos del francés Charles-Joseph Flipart y del napolitano Francesco de Mura, respectivamente; y en el presbiterio el retablo mayor está presidido por un óleo de La Visitación de Mura, acompañado por dos esculturas de Santa Bárbara y San Francisco de Sales, bajo un ático centrado por un relieve con la Oración de San Francisco de Sales entre las esculturas de la Caridad y la Religión, todas realizadas por Olivieri; debiendo señalarse la barroca tribuna regia en madera dorada, que comunicaba con las dependencias del que fue palacio de la reina fundadora. Por su parte, las bóvedas de la iglesia fueron decoradas con frescos ejecutados por los hermanos Luis, Alejandro y Antonio González Velázquez representando escenas de la vida de San Francisco de Sales en la nave y de los santos patronos de los fundadores en el transepto; mientras que en la bóveda del presbiterio se representa La coronación de la Virgen, y en el crucero los cuatro evangelistas ocupan las pechinas las bajo la cúpula con escenas de la vida de la Virgen entre guirnaldas y alegorías de las Virtudes. El templo sirvió de lugar de enterramiento de Fernando VI y Bárbara de Braganza, que desde 1765 ocupan sendos mausoleos adosados, el del rey en el brazo derecho del transepto y el de la reina –más modesto- a su espalda en el coro bajo; diseñando los monumentos Francisco Sabatini por encargo de Carlos III, con esculturas de Francisco Gutiérrez el primero y de Juan de León el segundo.
En 1870 eran expulsadas las monjas salesas del vecino convento, reconvertido en Palacio de Justicia –actual sede del Tribunal Supremo- por el arquitecto Antonio Ruiz de Salces, que tuvo que crear una escalera de acceso al compás de la iglesia al rebajarse sustancialmente el perfil de la calle de Bárbara de Braganza. Un año después se instaló en el brazo izquierdo del crucero el mausoleo de Leopoldo O’Donnell, esculpido en Roma por Jerónimo Suñol según un diseño neoplateresco del arquitecto Nicolás Mendívil tan bello como inapropiado para este lugar. En 1891 la iglesia fue convertida en parroquia de Santa Bárbara, desgajada de la de San José. En 1907 un incendio destruyó el trasdós de la cúpula, obligando a restaurar sus pinturas; sin embargo, el templo no sufrió daño alguno en el terrible incendio de 1915 que arrasó el vecino Palacio de Justicia, que fue reconstruido en el mismo estilo pero con mayor lujo por Joaquín Rojí y López-Salvo entre ese año y 1926; siendo de este momento probablemente el extraordinario púlpito neorrococó –con alero de cristal en el tornavoz- que embellece el templo. En 1930 Miguel Durán Salgado modificó el compás ante el templo, adaptando las rejas de cierre a las pendientes de las calles circundantes y resolviendo el desnivel mediante una escenográfica escalinata. Durante la Guerra Civil (1936-1939) la Junta del Tesoro Artístico instaló un depósito en el templo, que no sufrió daños. En 2015, tras la caída de un pebetero, se emprendió una restauración urgente de la fachada que ha proseguido con la restauración de las pinturas interiores y del órgano rococó.
