Как свидетельствуют страницы истории Витебска, храм возвели в 1785 году на католическом кладбище. Это был каменный костел, освященный в честь святой мученицы Варвары, покровительницы от мгновенной смерти, построенный на деньги дворянина Антония Косова. Вскоре рядышком появились небольшая часовня и плебания (дом ксендза).
Первоначально костел святой Варвары строился в качестве кладбищенского храма, но спустя некоторое время он стал приходским. Вместе с тем среди верующих ходило еще одно название костела – Подвитебский, так как костел святой Варвары находился за чертой города.
В истории Витебска отмечается, что спустя почти столетие приход костела составил порядка 2000 человек, хотя сам храм мог вместить значительно меньше – примерно 150 прихожан. Именно из-за переполненности костела в скором времени было решено построить более просторный и вместительный храм.
Разработка проекта нового здания костела была поручена инженеру-архитектору В.Пиотровскому. На месте, где раньше стоял костел святой Варвары, развернулась грандиозная стройка. И 4 декабря 1885 года, накануне великого католического праздника Рождества Христова, ксендз Мотуш освятил новый кирпичный храм в честь святых Варвары и Иосифа. Перед прихожанами предстал величественный костел, кардинально отличающийся от первоначальной постройки. В результате реконструкции над главным фасадом витебской достопримечательности возвысились две двухъярусные башни, объединенные треугольным фронтоном.
