La tradizione ritiene che la chiesa fosse stata fondata nel 936 dalla famiglia Adorni. In realtà, pare che l'attuale edificio si sia sviluppato su una precedente chiesa di San Lorenzo risalente all'inizio del IX secolo. Non è chiaro quando divenne parrocchiale: probabilmente poco dopo la sua fondazione o, forse, nell'XI secolo, periodo in cui si andò a delineare l'organizzazione ecclesiastica della città. Era filiale di Santa Maria Zobenigo. A causa dei numerosi incendi, subì diversi rifacimenti sino alla consacrazione del 6 dicembre 1350, ad opera del vescovo di Suda su licenza del vescovo di Castello Nicolò Morosini. L'edificio assunse poi l'aspetto attuale nel 1779, quando fu completata l'opera di rinnovamento iniziata nel 1749 su progetto di Lorenzo Boschetti.

La facciata, eretta nel 1749, è in stile classicheggiante con alte colonne in stile corinzio e timpano su disegno di Lorenzo Boschetti. L'interno possiede una struttura a navata unica, con sei altari laterali, tre a destra e tre a sinistra, tutti ornati da dipinti tranne uno, e un presbiterio a pianta quadrata. Sulle pareti laterali del presbiterio sono presenti due tele di Jacopo Palma il Giovane, L'Ultima Cena e La Salita al Calvario, mentre sopra l'altare maggiore si trova una pala raffigurante San Barnaba e Santi di scuola tizianesca e dall'attribuzione incerta tra Damiano Mazza e Dario Varotari il Vecchio. Sul soffitto sono presenti due grandi affreschi entrambi risalenti al XVIII secolo e attribuiti a Costantino Cedini: La Fede, sulla volta sopra l'altare maggiore, e La Gloria di San Barnaba sul soffitto della navata.