Secondo la tradizione la chiesa, inizialmente dedicata a san Demetrio di Tessalonica, sarebbe stata fondata nell'840 e sin dall'inizio avrebbe avuto le prerogative di parrocchiale. Avrebbe cambiato intitolazione nel 1170.

Malgrado la sua mole non sia trascurabile, San Bartolomeo risulta impercettibile, se non se ne nota il campanile o l'ingresso laterale scendendo dal ponte di Rialto: infatti è incastonata tra i palazzi che la circondano su tutti i quattro lati. Per quanto riguarda l'edificio, si tratta di una chiesa a una navata, con cupola all'incrocio di questa col transetto. Si trovano inoltre all'interno della chiesa due sculture di Enrico Merengo.

All'interno si ricordano i dipinti di Sante Peranda (Caduta della manna) Palma il Giovane (Castigo dei serpenti) e l'altar maggiore settecentesco di Bernardino Maccaruzzi. Nel presbiterio e nella cappella a destra si trovano affreschi di Michelangelo Morlaiter. Le ante dell'organo sono un capolavoro giovanile di Sebastiano del Piombo.