Auf der Suche nach der Festigung der Macht in der gesamten Toskana verfolgte der Herzog Cosimo I der Medici während seiner langen Herrschaft eine Werbepolitik, die aus großen öffentlichen Arbeiten bestand, unter denen der militärische Aufbau offensichtlich eine absolute Priorität hatte. Zu dieser Zeit wurden viele der zahlreichen Festungen, die noch die Territorien des ehemaligen Großherzogtums Toskana bewachen, errichtet oder verstärkt.

Protagonisten dieser großen Unternehmen waren unter anderem Giuliano und Antonio da Sangallo, Giovanbattista Bellucci und Bernardo Buontalenti. Die beiden letzteren gehörten zu den am besten ausgebildeten Architekten in diesem Sektor und zu verschiedenen Zeiten und mit unterschiedlichen Lösungen zu den Architekten der Renaissance-Intervention auf der alten Festung Pistoia.

Eine von der lokalen Geschichtsschreibung akzeptierte Volkstradition möchte, dass im Mittelalter die Festung, die in der ersten Hälfte des 14. Jahrhunderts von den Florentinern erbaut wurde, als die Stadt ihre Mauern umbaute, den Namen S. Barnaba hatte in der Nähe einer Kapelle, die diesem Heiligen gewidmet ist. Es wurde erst später nach Santa Barbara benannt.

In der Renaissancezeit wurde die Festung einer ersten Erweiterung unterzogen, deren Arbeit Bellucci anvertraut wurde. Damals beschäftigte sie sich mit der Wiederherstellung des gesamten Verteidigungssystems der Stadt. Der Ursprung der Intervention war das Projekt des Architekten Nanni Unghero, der eine Struktur mit viereckigem Grundriss mit Bastionen an den vier Ecken ohne jegliche Verzierung und mit einem tiefen Wassergraben geplant hatte. Anschließend baute Bernardo Buontalenti diesen Kern in eine neue Bastion ein, die mit der Stadtmauer verbunden war, und verleiht der Festung das imposante Aussehen, das sie noch bewahrt. In der gesamten Geschichte der Festung erlitt die Festung Mitte des 17. Jahrhunderts nur eine einzige Belagerung, als die päpstlichen Truppen Pistoia angriffen, jedoch von ihren mächtigen Bastionen zurückgewiesen wurden.

Am Ende des achtzehnten Jahrhunderts entschied Großherzog Pietro Leopoldo im Rahmen seiner umfangreichen Reformarbeit, die Festung zu entwaffnen. Bei dieser Gelegenheit verlor er seine Rolle als Bollwerk, das die Stadt verteidigte. Die Festung übte weiterhin eine militärische Funktion aus, zunächst als Kaserne, dann als Gefängnis und Bezirk. Wichtige Restaurierungsarbeiten zielen heute darauf ab, die lange Vernachlässigung des bedeutenden Stadtdenkmals zu beenden.