Первый деревянный храм-часовня в Эдмонтоне был сооружен в 1902 году усилиями священника Иакова Корчинского и его супруги Варвары. В 1908 году на его месте возведен типовой деревянный храм, прослуживший общине пять десятилетий. 1 октября 1946 года приход принял решение о переходе в юрисдикцию Московского Патриархата, что было подтверждено архиерейским богослужением архиепископа Одесского Бориса (Вика) 18 декабря 1955 года.
Строительство современного семикупольного здания в псевдороманском стиле, характерном для галицкой храмовой архитектуры XIX века, началось 15 июня 1956 года. Богослужения в новом здании начались 8 августа 1959 года. Чин полного освящения совершил 31 июля 1960 года митрополит Североамериканский и Алеутский Борис с вложением частицы мощей святой Варвары в престол. Иконостас перенесен из храма 1908 года.
В 1982-1984 годах рядом с собором построен трехэтажный жилой комплекс, включающий квартиру настоятеля. В 1989 году в цокольном этаже открыты музей-библиотека с архивом журнала «Canadian Orthodox Messenger» (1963-1986). 12 декабря 1993 года освящена звонница с тремя колоколами, сооруженная в память о протоиерее Иоанне Маргитиче.
Собор сохраняет частицу мощей (левую стопу) святой Варвары, переданную архиепископом Пантелеимоном (Рудыком) и находящуюся в алтаре по афонской традиции. В храме пребывают две афонские иконы 1970-х годов: образ великомученицы Варвары и Богоявления Господня.