Изначально это была южная угловая башня монастыря, где в 1763 году была устроена церковь. Это произошло при Астраханском епископе Мефодии, и храм был освящён в честь преподобного Илариона Великого. Работы по обустройству церкви финансировались самим епископом в память о его дяде, епископе Иларионе, который ранее занимал должность Астраханского архиерея. В те же 1760-е годы епископ Мефодий устроил в северо-восточной башне другой храм в честь Святителя Мефодия, патриарха Цареградского, небесного покровителя владыки. Сейчас на этом месте находится Екатерининская церковь.

К середине XIX века храм пришёл в упадок, а у монастыря не было средств на его восстановление. Астраханский купец Иоаким Андреевич Репин предложил восстановить храм за свой счёт, при условии, что церковь будет переименована в честь святой великомученицы Варвары в память о его покойной супруге, а под храмом будет устроен фамильный склеп для семьи Репиных. Астраханский архиепископ Афанасий Дроздов согласился на эти условия, разрешив переименование и устройство склепа. В 1867 году храм был отремонтирован и заново освящён как Варваринский. На средства купца Репина был создан новый иконостас, а храм украшен священными изображениями.

В 1893 году в южных келиях произошёл пожар, который повредил и Варваринский храм, особенно его иконостас. Ремонт был осуществлён на пожертвования того же купца Репина.

В советское время убранство храма было утрачено. К началу XX века бывший храм использовался для нужд больницы, и здесь, как и в южном корпусе братских келий, находились больничные палаты. В настоящее время начато восстановление храма.

Небольшой тёплый храм выполнен в стиле «нарышкинского» барокко. Его главное украшение, алтарь, перестроенный из угловой башни с шатровой крышей. Церковь не имела трапезной и соединялась напрямую с южным корпусом братских келий. Под храмом находился склеп для семьи Репиных.