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Nacque a Nicomedia città portuale della Turchia per poi trasferirsi a Scandriglia località oggi in provincia di Rieti.
La madre di Barbara aveva già abbracciato segretamente la religione cristiana, finendo col rivelare il suo segreto alla figlia. Questa, dopo aver sentito alcune delle preghiere, percepì Gesù all'interno del suo cuore e diventò così cristiana.
La leggenda vuole che suo padre Dioscuro, l’avesse rinchiusa in una torre per proteggerla dai suoi pretendenti. Inoltre, per evitare che utilizzasse le terme pubbliche, gliene fece costruire di private. Barbara, vedendo che nel progetto vi erano solamente due finestre, ordinò ai costruttori di aggiungerne una terza, con l'intenzione di richiamare il concetto di Trinità. Quando il padre vide la modifica alla costruzione intuì che la figlia poteva esser diventata cristiana.
Il padre decise allora di denunciare Barbara al magistrato romano che, in quei tempi di persecuzione, la condannò alla decapitazione prescrivendo che la sentenza venisse eseguita proprio dal genitore dopo due giorni di feroci torture.
Queste iniziarono con una flagellazione con verghe, che secondo la leggenda si tramutarono in piume di pavone e per questo motivo spesso nella sua iconografia la Santa è raffigurata tenendo in mano delle lunghe piume.
Venne poi torturata col fuoco. Ebbe le mammelle tagliate e quindi decapitata.
Era il 4 dicembre dell'anno 306.
Secondo la leggenda, Dioscuro procedette all'esecuzione, ma subito dopo venne ucciso da un fulmine, interpretato come punizione divina per il suo gesto.
Esistono diverse tradizioni sul luogo del martirio e della deposizione del corpo.
Una di queste riferisce che il martirio avvenisse a Scandriglia e il corpo sia stato poi trasferito a Rieti nel X Secolo per metterlo in salvo dalle scorrerie saracene: qui divenne patrona della città e le fu dedicata la cappella più ricca della Cattedrale.
Un'altra vuole il martirio avvenuto in Egitto e le reliquie trasferite a Costantinopoli, da dove i veneziani, alla fine del X secolo, le avrebbero portate a Venezia, e di lì a Torcello e poi a Murano. Oggi i resti della Santa riposano nella Cappella omonima a Burano.
Viene festeggiata dalla Chiesa cattolica e da quella ortodossa il 4 dicembre.
È invocata contro la morte improvvisa per fuoco, perciò gli esplosivi ed i luoghi dove vengono conservati sono spesso chiamati "santabarbara" in suo onore. È patrona dei minatori, degli addetti alla preparazione e custodia degli esplosivi e, più in generale, di chiunque rischi di morire di morte violenta e improvvisa. Molto invocata dai militari, è anche la protettrice della Marina Militare Italiana, dei Vigili del fuoco, delle armi di Artiglieria e Genio. È anche la protettrice dei geologi, dei montanari, dei lavoratori nelle attività minerarie e petrolifere, degli architetti, degli artisti sommersi e dei campanari, nonché di torri e fortezze. Ed anche dei dipendenti dell' ANAS (costruzione e manutenzione strade), operai stradini, Cantonieri ecc.
Nel culto popolare è uso rivolgersi a Santa Barbara recitando la seguente preghiera: "Santa Barbara Benedetta, liberaci dal tuono e dalla saetta". Come patrona delle attività principali del gruppo ENI le è stata dedicata la grande nuova chiesa costruita a Metanopoli, quartiere generale del gruppo, per decisione di Enrico Mattei.
Alla santa è dedicata la caserma 'Santa Barbara' dell'esercito italiano, situata ad Anzio e attualmente sede della Brigata RISTA - EW.
Come protettrice dei Marinai della Marina Militare, una immagine della Santa viene sempre posta nei depositi munizioni delle Unità Navali e delle caserme.
Il 4 dicembre a Bordo delle Unità Navali della Marina Militare, secondo la tradizione, si donava un fascio di rose rosse al 1º Direttore del Tiro di bordo.