La chiesa venne progettata all'inizio degli anni cinquanta del XX secolo come parte del nuovo insediamento di Metanopoli, fondato per ospitare la sede direzionale dell'Ente Nazionale Idrocarburi (ENI) e le residenze annesse[1]. Venne dedicata a Santa Barbara in quanto patrona delle attività minerarie e quindi anche dell'attività di ricerca e produzione idrocarburi svolta dall'ENI.
La chiesa fu posta al centro dell'insediamento, di fronte a un'ampia piazza, e venne fiancheggiata dalla casa parrocchiale, dal battistero e dal campanile[1].
Il progetto fu redatto dall’architetto aziendale Mario Bacciocchi, e la costruzione fu completata nel 1954. La chiesa fu eretta in parrocchia nel 1963, per servire le necessità spirituali di una comunità in continua crescita demografica.