La chiesa fu fondata nel 1308 da alcuni monaci Basiliani provenienti dalla Montagna Nera (Armenia meridionale), invasa dai Turchi. Dell’edificio originario – probabilmente a pianta centrale – è rimasta la parte absidale, con la cupola e la cappella sinistra della testata; quella di destra, dedicata a San Pantaleo, fu distrutta nel 1883, quando fu costruito il palazzo che chiude da due lati (facciata e fianco destro) San Bartolomeo.
Il tempio venne notevolmente trasformato nel 1595, quando fu allungato, aggiungendo all’abside un’ampia navata unica, che risulta molto più alta della costruzione primitiva; passato nel 1650 ai Barnabiti, che la officiano tuttora, fu nuovamente ristrutturato nel 1775.
La storia della chiesa è strettamente legata alle vicende della reliquia del Santo Volto di Edessa: un lino dipinto a tempera raffigurante il Cristo, che il doge di Genova Leonardo Montaldo ricevette dall’imperatore di Costantinopoli e donò ai monaci dl San Bartolomeo nel 1388. Inserito in una preziosa cornice in filigrana d’oro e d’argento – capolavoro dell’oreficeria bizantina – viene esposto durante la settimana successiva alla domenica di Pentecoste.
Ricco il corredo decorativo, in gran parte legato alla sacra reliquia. Tra gli affreschi: “Gesù consegna ad Anania le sue impronte”, di G.B. Paggi (XVI secolo) sulla volta del vestibolo; “Storie del Santo Sudario” di Orazio De Ferrari, G.B. Paggi e Giulio Benso nella controfacciata e sulla parete laterale destra; notevolissimo, sulla volta, il “Martirio di San Bartolomeo” di Lazzaro Tavarone (1596).
Tra i quadri spiccano un'”Annunciazione” di G.B. Paggi, il “Miracolo del cieco di Gerico” di Orazio De Ferrari e il ritratto del “Beato Alessandro Sauli” di Giacomo Boni (1745). Sull’altare maggiore, stupendo trittico di Turino Vanni (1415) con “Madonna e santi” e “Storie di San Bartolomeo” nella predella; alle pareti del presbiterio, “Resurrezione” (1559) e “Ascensione” (1561), tavole di Luca Cambiaso, e “Angeli” di Domenico Piola. Da segnalare ancora due crocifissi, quello ligneo del Maragliano e il grande Crocifisso ligneo barocco dell’abside.
Alla chiesa primitiva appartengono gli affreschi quattrocenteschi posti nel vestibolo della sagrestia, con “Storie della Passione”, “Crocifissione”, “Evangelisti” e “Dottori della Chiesa”.