В Константинополе, в квартале Василиска, Вириной, вдовой византийского императора Льва Великого, была построена церковь во имя Варвары. В VI в. при византийском императоре Юстине (по другой версии, ещё в IV в.) мощи Варвары были перенесены в Константинополь и положены в этом храме. Здесь, согласно Синаксарю Константинопольской церкви, торжественно совершалось ежегодное празднование её памяти. Этот храм упоминается в латинском описании Константинополя XII в. («Аноним Меркати») и в «Хождении» Антония Новгородца (1200 г.), где говорится также о хранившейся там окаменевшей груди Варвары, из которой сочились кровь и молоко. В Константинополе известны ещё несколько храмов в честь великомученицы, один из них был расположен в южной части главной константинопольской улицы Меса, между форумами Тавра и Константина, около «Хлебосырного дома». Другой храм находился в Манганах, около ворот св. Варвары. Кроме того, император Лев VI Мудрый построил во имя этой святой церковь или часовню в северо-западной части Большого дворца. Из «Хроникона» Андреа Дандоло исследователям известно, что большая часть мощей Варвары была подарена венецианскому дожу по случаю бракосочетания его сына Джованни Орсеоло с Марией Аргиропулиной, родственницей византийского императора Василия II Болгаробойцы и сестрой императора Романа III Аргира. Раньше этот брак и, следовательно, перенесение мощей относили к различным датам в пределах конца X – начала XI вв.; в настоящее время это событие датируют 1005–1006 гг. Согласно западной традиции, мощи, представляющие нетленное тело Варвары без головы, были положены в храме св. Иоанна Евангелиста на острове Торчелло близ Венеции. Они описаны в «Хожении на Флорентийский Собор» анонимного суздальского книжника 1437–1440 гг. Другая часть мощей, принесённая из Константинополя в Венецию в 1258 г. неким Рафаэлем, хранилась в церкви Санта-Мария дель Кроче. Оставшуюся в Константинополе главу Варвары видел в её церкви в 1348–1349 гг. Стефан Новгородец. 1 июня 2003 г. частица мощей Варвары, хранящихся в Венеции, была передана в дар Элладской православной церкви. Она перевезена в Афины, где будет храниться в специально построенном храме, посвящённом великомученице. Согласно русской традиции, мощи святой были привезены из Константинополя в Киев Варварой Комниной, дочерью византийского императора Алексея I, вышедшей около 1103 г. замуж за князя Святополка II. Они были положены в киевском Михайловском Златоверхом монастыре (построенном в 1108 г.). Во время монголо-татарского нашествия мощи были сокрыты церковнослужителями под ступенями каменной лестницы, и впоследствии об этом забыли. Они были обретены спустя несколько столетий, положены с почестями в храме и прославились многочисленными исцелениями. Об этих событиях известно из повести, написанной в 1670 г. Феодосием Сафоновичем, игуменом Михайловского Златоверхого монастыря. Гипотеза о браке Святополка с Варварой, дочерью императора Алексея I Комнина, получившая распространение благодаря этой повести, опровергается новейшими исследованиями, которые считают Варвару Комнину вымышленным лицом и относят составление рассказа о ней к XVII в. в связи с прославлением мощей Варвары.