La chiesa rupestre di santa Barbara di Matera, una delle strutture più interessanti dal punto di vista della realizzazione di chiese scavate nella roccia, si trova sulla sponda destra della Gravina di Matera, a pochi metri dal piano stradale. Per raggiungere la chiesa da via Casalnuovo bisogna scendere una ripida scalinata e, attraversato un orticello in pendio, si arriva in un piccolo ripiano e in questo spiazzo c'è l'ingresso di Santa Barbara, chiusa da un cancello. Sulla facciata si notano subito due colonne abbozzate con capitelli, su cui vi è posto un rozzo arco parabolico e da qui si entra in un piccolo spazio che alla sua sinistra immette in un'altro piccolo vano. La Chiesa all'interno si presenta molto complessa e ricca dal punto di vista architettonico, infatti presenta una pianta trapeziodale e lo spazio è diviso in tre spazi liturgici: un nartece (l'aula trapeziodale appunto) bordata da una banchina appena visibile, il presbiterio ed il vano absidale che sono preceduti dall'iconostasi scavata interamente nella roccia tufacea. Dalla parete destra un arco parabolico immette in un vano laterale con un giacitoio che forse serviva al penitente che custodiva la chiesa. Sulla parete destra ancora è visibile l'ambone arricchito da archi ciechi. L'iconostasi alle due estremità presenta una coppia di archi separati da pilastrini e al centro un arco che permette l'accesso all'altare sopraelevato. Al centro del bema sorgeva l'altare e a sinistra e a destra vi sono due cavità che probabilmente funzionavano da prothesis e diaconicon. La chiesa è arricchita da affreschi molto interessanti.alcuni sulla parete di destra non sono molto leggibili, sulla parete di sinistr invece si vedono due raffigurazioni di santa Barbara che risalgono al XVI secolo. Sull'iconostasi sono presenti gli affreschi più interessanti: a destra dell'arco di ingresso al presbiterio santa Barbara del XIV secolo, con in testa un ricco diadema e nella mano destra la torre, suo elemento caratterizzante. A sinisstra la Madonna con il Bambino alla quale è stata tolta la testa. Segue un altro affresco di santa Barbara, databile tra la fine del XIII e gli inizi del XIV secolo, che secondo gli studiosi è una delle migliori rappresentazioni di età angioina a Matera, e ancora a fianco un'altra santa Barbara che presenta affinità stilistiche con altre Madonne in trono di altre chiese rupestri del materano e vicino un affresco bucolico in cui si nota un pastore in abito monacale con le pecore.