圣墓教堂所在地原是哈德良时期修建的一座阿芙罗狄蒂神庙。君士坦丁大帝皈依基督教后，曾派其母亲海伦娜（Helena）前往巴勒斯坦查访圣迹。据称海伦娜除发现耶稣受难的十字架（True Cross）外，还将此地确认为耶稣受难地。公元335年由君士坦丁大帝修建的其实是三个彼此相连的教堂，分别位于三处不同的圣迹之上：一座长方形廊柱大厅教堂（Matyrium），围绕Rock of Calvary的廊柱中庭（Triportico），和一座圆形大厅（Anastasis，意为“复活”）。圆形大厅中央，是海伦娜发现的安葬耶稣的洞穴遗址。洞穴周围的岩石全被削去，圣墓则被围在一个被称为Edicule（意为“小房子”）的建筑内。圆形大厅的穹顶直到公元4世纪末方才完工