Für die Annahme, dass die Grabeskirche der Ort der Hinrichtung Jesu war, sprechen neben der langen Überlieferung und Tradition auch historische und archäologische Hinweise sowie die Tatsache, dass jenes Gebiet zur Zeit Jesu außerhalb der damaligen Stadtmauern, aber bereits zur Zeit Konstantins im Stadtgebiet lag. Auch das Grab Jesu soll sich auf diesem Gelände befinden. Wie mehrere Gräber und Grabnischen auf dem Gebiet der Kirche belegen (derzeit sind sieben weitere Gräber bekannt), gab es hier um die Zeitenwende tatsächlich Begräbnisse.
Zurzeit Jesu war Golgatha der letzte stehen gelassene Felsklotz eines Steinbruchs, dessen Qualität für den Hausbau nicht mehr taugte, als ihn die Römer für ihre Hinrichtungen zu nutzen begannen. Diesen Steinbruch ließ Kaiser Hadrian (76–138) auffüllen, um darauf Jerusalems neues Hauptheiligtum der Venus an jener Stelle zu errichten, die von „anderen Juden“ (wie die ersten Christen in Jerusalem von den Römern genannt wurden) damals wohl schon besonders verehrt wurde.
Der Bau des heidnischen Tempels in der von Hadrian erbauten Stadt Aelia Capitolina war nach der Niederschlagung des jüdischen Bar Kochba Aufstandes als bewusste Entweihung des Ortes gedacht. Juden wurde damals das Betreten Jerusalems bei Todesstrafe verboten.
Bereits für den Bau des Venustempels dürfte ein Teil des ursprünglichen Felsens entfernt worden sein. Dabei wurde das Grab wiederentdeckt:
„Als sich aber statt des beseitigten Fußbodens ein anderer in der Tiefe der Erde zeigte, da zeigte sich auch gegen aller Erwarten das hehre und hochheilige Denkmal der Auferstehung des Heilandes, und der heiligsten Höhle sollte da ein ähnliches Wiederaufleben beschieden sein wie dem Erlöser selber: nachdem sie lange Zeit im Dunkel verborgen gewesen war, kam sie wiederum ans Licht und gab denen, die sie zu sehen herbeigekommen waren, deutliche Kunde von den daselbst geschehenen Wundern; denn sie bezeugte die Auferstehung des Erlösers durch Tatsachen, die lauter sprachen als jeder Mund.“
– Eusebius von Caesarea – Katharina Galor: Finding Jerusalem: Archaeology between Science and Ideology. University of California Press, Oakland 2017, S. 135.
Eusebius schreibt
Nur durch den ausschweifenden Dämon der Aphrodite glaubten sie das angestrebte Ziel erreichen zu können, dass sie die heilige Grotte, mit so fluchbeladenene Abscheulichkeiten gänzlich verbargen. (Vita Constantini 3,26)
Hieronymus
Von den Zeiten Hadrians bis zur Regierung Konstantins also etwa 180 Jahre war an der Stätte der Auferstehung ein Bild Jupiters und auf dem Felsen des Kreuzes eine Marmor Statue der Venus welche die Heiden errichtet haben (Epistula 58,3). Es spricht viel dass er damit auch die Christen treffen wollte, weil er auch in Mamre bei der Terebinthe Abrahams ein Merkur Heiligtum und in Bethlehem eine Adonis Grotte errichten ließ.