Testele desfășurate pe rămășițele unei peșteri de calcar înscrise în biserică arată că structura este cu sute de ani mai veche. Mai precis, mortarul prelevat între suprafața inițială de calcar a mormântului și o placă de marmură care o acoperă a fost datată în jurul anului 345.
Conform istoricului, mormântul a fost descoperit de romani și consacrat în jurul anului 326. Mai precis, mama împăratului roman Constantin, împărăteasa Elena, a identificat în anul 325 locul unde ar fi avut loc răstignirea pe cruce a lui Iisus și a găsit mai multe relicve ale crucii într-o grotă din apropiere. Prin porunca lui Constantin a început, un an mai târziu, zidirea primei biserici în acest loc.
Acum, dovezile prezentate de National Geographic confirmă faptul că biserica a fost ridicată la ordinul împăratului roman Constantin. Până în prezent, cele mai vechi dovezi arhitecturale găsite în și în jurul complexului de morminte datau din perioada Cruciadelor, ceea ce însemna că nu are mai mult de 1.000 de ani. Acum, a fost confirmat însă că are o vechime de 1.700 de ani.
Biserica Sfântului Mormânt din Ierusalim (denumită și Biserica Sfântului Sepulcru sau Biserica Sfintei Învieri) a suferit, de-a lungul secolelor, numeroase atacuri violente, incendii și cutremure. A fost distrusă complet în 1009 și ulterior reconstruită. În octombrie 2016, mormântul lui Isus a fost deschis pentru prima oară în ultimele secole.