L'església de Barberà ja apareix documentada en els primers anys del segle XI. El temple que podem contemplar avui en dia va ser edificat a principis del segle XII, sobre les restes d'un temple anterior. A partir de 1143 passà a ser parròquia.

 

L'església està formada per una sola nau acabada en un transsepte amb tres absis semicirculars.

Els absis estan coberts amb volta de quart d'esfera, mentre que la nau té volta de canó. També estan decorats externament seguint el model llombard amb un fris d'arcs cecs sota la teulada. En el cas de l'absis principal, els arcs estan agrupats en grups de tres i separats entre ells per lesenes. En els dos laterals també hi podem veure lesenes, però només en els extrems.  

També trobem decoració llombarda en els murs del transsepte. El mur sud del braç dret té dos grups d'arcs cecs separats per una lesena i que ressegueixen el pendent de la teulada a dos aigües. En el costat esquerre hi ha tres arcs, mentre que en el quatre se'n poden trobar quatre i un petit ull de bou. 

La torre de campanar s'alça sobre el braç nord del transsepte. Té planta rectangular i s'alça dos pisos per sobre del gran sòcol de pedra. Aquest està decorat amb arcs cecs, lesenes i un fris de dents de serra. En el primer pis trobem una finestra de mig punt en cada mur, mentre que en el segon n'hi ha dues. Les del costat més allargat estan separades, mentre que les dels costats curts són geminades. Les finestres estan emmarcades per lesenes cantoneres. 

La porta d'accés al temple es troba en el mur oest. És de molt senzilla factura, formada per dos arcs de mig punt adovellats en gradació.

En 1919 mossèn Manuel Trens, director del Museu Diocesà de Barcelona i el rector de Santa Maria, Josep M. Esteve, van descobrir les pintures murals que decoraven la capçalera. Unes taques de color que "embrutaven" el guix blanc amb que estaven cobertes les parets va posar en alerta al rector. No s'havien descobert abans, ja que un retaule tapava completament l'absis central. 

Per sort s'ha conservat tot aquest conjunt in situ, formant un dels conjunts més interessants de tota Catalunya, ja que estan decorats els tres absis i els espais que hi ha entre ells.

L'absis central està dividit en quatre registres. L'inferior està decorat amb uns cortinatges. En els altres tres, en canvi, trobem diverses figures humanes. Concretament en els dos registres intermedis trobem escenes relacionades amb la infantesa de Jesús. Hi podem veure la Visitació, el Naixement de Crist, dues llevadores rentant-lo, l'Anunciació als pastors, Herodes i els Tres Reis Mags, l'Epifania i Jesús entrant a Jerusalem.

Presideix el registre superior un pantocràtor envoltat dels símbols del Tetramorf.

L'absis sud està dedicat a Sant Pere i Sant Pau. Està dividit en tres registres. En el superior veiem a Jesús amb una túnica llarga i acompanyat pels dos sants. En el registre intermig podem veure a Sant Pere amb les claus del Cel acompanyat per dos sants i predicant a un grup de persones. També està representat el seu martiri, clavat a la creu cap per avall. En el registre inferior es representa el martiri de Sant Pau, on es veu al sant amb el cap subjectat per un soldat que sosté una espasa per decapitar-lo. Un personatge amb mitra i dues dones s'ho miren. També trobem un grup de sants difícils d'identificar pel seu estat de conservació.

L'absis nord té representada una exaltació de la Creu. Estan representats Sant Constantí, l'emperador romà que va convertir l'imperi al cristianisme i Santa Helena, que sostenen una creu davant fidels i sants.

En els pilars que hi ha entre els absis també podem trobar pintures murals. En el de la dreta hi ha representada una imatge de la Verge Maria amb el Nen als braços. Al seu damunt hi ha un àngel. En la part interior del pilar es va representar a Adam i Eva al costat de l'arbre prohibit. A sota hi ha representades tot un grup de persones dins d'una ciutat. En el pilar del costat esquerre està més deteriorat i només s'ha conservat un àngel i el judici de Salomó.