Приликом анализе слојева тла, стручњаци су открили трагове античког каменолома, о чему сведоче карактеристични усеци у стени и фрагменти необрађених камених блокова. У североисточном делу комплекса археолози су открили и вештачки обрађени камени плато и остатке паганског светилишта.
Историја потраге за светим местима почела је у 4. веку, када је царица Јелена, мајка цара Константина Великог, организовала експедицију у Свету земљу. До тог времена изглед Јерусалима се значајно променио: након гушења јеврејског устанка 70. године Римљани су уништили град до темеља. На његовом месту је подигнут нови град - Елија Капитолина, где је на Голготи подигнут храм богињи Венери, а пећина где је наводно сахрањен Христ је била напуњена ђубретом.
Упркос потешкоћама, експедиција краљице Јелене била је крунисана успехом: откривени су и Крст и пећина где је сахрањен Исус. По њеном налогу, пагански храм је срушен, а на његовом месту подигнут је хришћански комплекс који обједињује Голготу и гроб. Свој савремени изглед храм је добио у 13. веку, захваљујући напорима крсташа.
У 19. веку, енглески генерал и археолог Чарлс Гордон изнео је алтернативну верзију локације Голготе, откривши брдо у облику лобање северно од градских капија. Његова теорија је добила подршку неких протестантских заједница, али каснија истраживања су пружила снажне доказе у корист традиционалне локације.
Недавни археолошки радови открили су мрежу тунела из 1. века испод храма који воде до древног каменолома. У близини је откривено и елитно јеврејско гробље са стенским криптама и траговима древног градског пута. Остаци античког храма које су открили италијански археолози допуњују слику историјске аутентичности овог места.