Fue construida en la segunda mitad del siglo XVIII por el Panadero Caicedo, la cual fue originalmente una Capilla. Caicedo falleció a fines del siglo XVIII, dejando las bases de futuro templo que luego tomaría nombre de Templo de la Santísima Cruz, en recuerdo de la milagrosa aparición; es así como se alude a un origen milagroso de la ciudad que se desarrolló por cerca de cien años, hasta que en 1874 fue fundada oficialmente. Después de la muerte de Caicedo, en 1805, La Ermita estuvo a cargo del Clérigo de Surco, Pedro Bernardino Villalta, quien se encargó de terminar sus dos torres proyectadas. Luego su sucesor el Padre Gaspar Abregú, procedió a la nivelación de los terrenos aledaños, construyo un sendero y levanto cuatro habitaciones para viviendas, y un salón para sus servicios. En 1863 el Presbítero Manuel Andrés de la Fuente Chávez cambio el techo plano de la sacristía en abovedado, colocó rejas en el pequeño cementerio que estaba en la parte posterior del templo; estaba en pleno desarrollo cuando se produjo el incendio de las tropas chilenas, el 14 de enero de 1881 y fue el mismo presbítero quien se encargó de su reconstrucción con dinero del propio General chileno de apellido Lynch que en un momento encabezó las tropas que incendiaron Barranco, también se sumaron las aportaciones de algunos vecinos. En 1901, el nuevo templo se construyó de quincha en estilo revival neo-gótico, cambiando su orientación inicial; la fachada ahora miraba hacia el noreste y su ábside hacia el suroeste. Adquirió una planta en forma de cruz latina, una bóveda de cañón ojival compuesta por cerchas de madera en forma de arco apuntado con lunetos, una cúpula de arista coronada por una linterna octogonal cubriendo el crucero y un par de torres campanario muy esbeltas y con cubierta piramidal. Este diseño se conserva en su mayor parte en la actualidad, a excepción de las torres que se han modificado. Adicionalmente se anexaron a la capilla nuevos espacios: adyacente al lado derecho de la nave se construyó una capilla y un bautisterio que se prolongaban hasta el frente de la capilla, en el otro lado de la nave se alineaban la sacristía y dos habitaciones conectadas por un corredor; junto al altar mayor y rodeándolo exteriormente se hallaban una segunda sacristía, una capilla personal del párroco, en el lado izquierdo, y un patio amplio que se prolongaba desde el lado derecho hacia detrás del altar; en el frente contaba con un atrio y un cementerio. En 1903 se eleva a la categoría de parroquia. En el periódico Balnearios del Sur (1964): se describe que en 1905 la Ermita luce en el interior de la capilla un techo abovedado y pintado de celeste, en tono suave, así como el coro alto, la cornisa y el arquitrabe, ambos sostenidos por pilastras; el púlpito y el bautisterio están pintados de rosa pálido y dorado. El terremoto de mayo de 1940 que asoló la costa central de Lima, causó grandes daños al templo construido de adobe y quincha, por lo que se vio la necesidad de cerrarlo. En esta segunda mitad del siglo XX se realizan múltiples gestiones para la recuperación de la Ermita, algunas de ellas produjeron cambios significativos en su diseño hasta obtener el edificio que vemos en la actualidad. El cambio más representativo es sin lugar a dudas la remodelación de las torres de la Ermita ocurrida en 1960, la cual atenuó de cierta medida el marcado estilo neogótico que había adquirido el edificio en 1901. En 1955, a iniciativa del diputado Augusto Peñaloza, el gobierno de Manuel A. Odría promulga la Ley Nº12389 del 30 de abril, que declara a la Iglesia La Ermita - Santísima Cruz de Barranco Monumento Histórico y sujeto de cuidado del Consejo Nacional de Conservación. En 1957, el Arquitecto Alberto Aranzaens levanta los primeros planos de la Ermita y se establece el Comité Pro Restauración. En el 2014 se quiso realizar trabajo de restauración por el PLAN COPESCO, pero solamente se llegó a colocar un plástico que buscaba proteger el techo.

Es la primera iglesia construida en el distrito de Barranco, según la publicación “Barranco eterno 1874-1994” de Javier Rodrigo Fernández.

Declarado Monumento Histórico por Ley Nº 12389, publicada el 19 de agosto de 1955.

Regular estado. Se realizan acciones de limpieza de la fachada y mejoramiento del entorno por parte de la Municipalidad de Barranco.

En enero del 2018 se realizaron trabajos de mantenimiento en los alrededores de la iglesia, como pintado de tachos, señalización, sardineles y paredes. El recurso turístico de la Ermita de Barranco actualmente se encuentra cerrado por motivos de mantenimiento, dicho recurso tendrá una inversión para su reestructuración que permitirá desarrollar las siguientes actividades turísticas: visita al patrimonio histórico inmueble y recorridos en las calles de la ciudad (city tours).