Η παλαιοχριστιανική βασιλική της Αγίας Βαρβάρας βρίσκεται σε ύψωμα στην περιοχή της Ανάληψης (Μαλτεζάνα) και κατά πάσα πιθανότητα κτίστηκε το τέλος του 5ου αρχές 6ου αιώνα μ.Χ. στη θέση ιερού της Αρτέμιδος. Η βασιλική ανήκει στον τύπο της τρίκλητης ξυλόστεγης με ημικυκλική αψίδα, νάρθηκα και προκτίσματα. Στο χώρο αυτό, μπορεί κανείς να διακρίνει μονολιθικούς κίονες, εντοιχισμένα ιωνικά κιονόκρανα στη νεότερη καμαροσκέπαστη εκκλησία και ψηφιδωτά δάπεδα τα οποία προέρχονται από τον αρχαίο χριστιανικό ναό.

Για την κατασκευή των αρχιτεκτονικών μελών της εκκλησίας χρησιμοποιήθηκε κυρίως μάρμαρο από την περιοχή της Προκονήσου της Μικράς Ασίας. Ωστόσο, δεν αποκλείεται μία πιο προσεκτική έρευνα να αποδείκνυε τη χρήση οικοδομικού υλικού προερχόμενο και από τον αρχαίο ναό. Ο αριθμός των βασιλικών καθώς και η χρήση μαρμάρου από τη Μικρά Ασία είναι ενδεικτικά της ευμάρειας της Αστυπάλαιας εκείνη την περίοδο.