Первая деревянная церковь во имя святой великомученицы Варвары в станице Грушевской была построена в 1781 году. Храм располагался на каменном фундаменте и имел примыкающую колокольню. В 1830 году здание подверглось обновлению, а в 1859 году был проведен капитальный ремонт. Однако 1 августа 1876 года церковь полностью сгорела по неустановленным причинам.
В 1877 году на месте сгоревшего храма был сооружен молитвенный дом, а жители станицы обратились к духовным властям с просьбой о строительстве каменной церкви. Строительные работы продолжались около пяти-шести лет и были завершены к 1884 году. 21 октября 1884 года состоялось освящение нового каменного храма, которое совершил благочинный Антоний Манохин.
В первые годы советской власти храм продолжал функционировать, однако в 1930-х годах был закрыт. В период немецкой оккупации в 1943 году богослужения возобновились. В это время алтарная часть здания пострадала от авиабомбежки. В 1960-х годах предпринималась попытка снять крест с купола, но местные жители предотвратили это.
В 1975 году была проведена реставрация, вернувшая храму первоначальный облик. В 1980-х годах осуществлен капитальный ремонт. Архитектурно здание представляет собой крестообразную постройку с двумя приделами - во имя святой великомученицы Варвары и святого великомученика Георгия Победоносца. Центральный купол выполнен в четырехгранной форме со скошенными ребрами, колокольня увенчана луковичной главкой.