Первое поселение на месте современного города было основано 4 декабря 1786 года как миссия испанских францисканцев и получило название в честь Святой Великомученицы Варвары.

29 июня 1925 года практически все здания города были разрушены сильным землетрясением.

Санта-Барбара расположена приблизительно в 140 километрах к северо-западу от Лос-Анджелеса на берегу Тихого океана. С северо-востока город окружает горный массив, некоторые пики которого превышают высоту 1000 метров над уровнем моря, защищая поселение от континентальных ветров.

Санта-Барбара находится в зоне сейсмической неустойчивоcти, поэтому периодически случаются землетрясения. 29 июня 1925 года большинство зданий было повреждено.

Площадь города составляет около 107 кв км.

Согласно переписи 2000 года население составило 92 325 человек, из которых около 74 % — белые. Более трети (примерно 35 %) жителей являются испаноязычными. Также около трети — несовершеннолетние (до 21 года по законам США).

Плотность населения составляет 1878,1 человек на квадратный километр.