Сведения об истории строительств, разрушений и восстановлений храма многочисленны и противоречивы. Какую-то более или менее точную хронологическую картину воспроизвести очень трудно. После разрушения римлянами Иерусалима и Соломонова храма здесь долгое время стоял храм Венеры, пещера Гроба была завалена мусором. В таком виде застала святое место равноапостольная царица Елена в 326 году, когда она прибыла в Палестину. Она тотчас приступила к разысканиям. Один старый иудей открыл ей тайну, что кресты Иисуса и двоих разбойников покоятся на дне древней цистерны под грудой мусора, а над цистерной как раз и находился храм богини любви. По приказу Елены капище разобрали, а камни отнесли как можно дальше. Вполне возможно, что уже тогда не было Голгофы как холма, но сохранялся камень, знаменующий собой могилу Адама. Над ним и был возведен храм Голгофы. Глубоко в расчищенной цистерне были обнаружены кресты и гвозди. Долго не могли определить, какой из крестов — Честное Древо. Шла похоронная процессия, стали прикладывать кресты к покойнику, и когда приложили третий крест, мертвец ненадолго ожил. Так и распознали. Сам Крест был установлен Еленой на Голгофе, а над камнем в пещере Гроба Господня, на коем Христос был положен после смерти, царица положила плиту из лучшего порфира.
Сын Елены, равноапостольный Константин, получив от матери часть Креста, продолжил строительство храма. При нем была одета в камень пещера Гроба, вокруг нее все умощено камнем и обнесено портиками. Затем вокруг храма выросли стены, сверху поднялся купол. Освящение храма Воскресения в Иерусалиме состоялось 13 сентября 336 года, в честь этого события был установлен церковный праздник Воскресение Словущего. В 614 году во время нашествия персов храм подвергся частичным разрушениям. Затем византийский император Ираклий, отвоевав Иерусалим, восстановил храм. С 636 года на четыре с половиной века Иерусалим стал принадлежать арабам-мусульманам. Они относились терпимо к христианским святыням, тем более что огромное число их соплеменников исповедовало христианство. Халиф Омар ибн-Хаттаб уже в 637 году подписал охранную грамоту, по которой Иерусалимский Патриарх попадал под особое покровительство всех будущих халифов. Таким образом, со времен царицы Елены православное богослужение прерывалось лишь на несколько лет, когда Иерусалимом владели персы.
В некоторых источниках можно найти ошибочные свидетельства о том, что якобы крестоносцы, захватив Иерусалим в 1099 году, застали здесь лишь развалины храма Воскресения. Конечно, это весьма выгодно католикам для того, чтобы показать, как много сделали крестоносцы для восстановления христианских святынь в Палестине. Но никто и не спорит, они и впрямь многое построили и во многом облагородили Святую Землю, они и не нуждаются в чрезмерной и излишней славе. Известно же, что когда они взяли Иерусалим и пришли к дверям храма Воскресения, то обнаружили на дверях тяжелый замок. И Готфрид Бульонский, вождь Первого крестового похода, своим мечом сбивал замок. Если бы храм лежал в развалинах, крестоносцы могли бы и так проникнуть на его территорию.
