Schizzo del Calvario e della tomba come dovevano presentarsi originariamente
Forte di questa convinzione, il vescovo di Gerusalemme Macario, durante il primo concilio ecumenico (Nicea 325), invitò l'imperatore Costantino a distruggere il tempio pagano nella Città Santa per ricercarvi, sotto, il sepolcro di Cristo. Così quello che Adriano aveva realizzato per far dimenticare un luogo sacro, in realtà era servito precisamente per conservarne la memoria. Costantino tolse il simulacro di Venere sopra il Golgota, ma non vi costruì nulla. Solo nel VII sec. fu eretta una cappella detta del «Calvario». Fu invece liberato dalle macerie il S.Sepolcro e l'imperatore provvide a erigervi la Basilica della Risurrezione, l’Anastasis; ce ne dà notizia Eusebio, vescovo di Cesarea Marittima, nella sua Vita di Costantino, scritta verso il 340. I lavori furono diretti da S.Elena, la madre dell'imperatore.
Il Pellegrino di Bordeaux (nel 333) nella sua visita a Gerusalemme, ricorda di aver visto «la collinetta del Golgota su cui il Signore fu crocifisso e, a un tiro di sasso, la tomba in cui il suo corpo fu deposto». La costruzione di Costantino infatti aveva rispettato nelle sue linee generali, la configurazione primitiva del suolo.
L'evento della riscoperta di quei luoghi santi, fu tanto importante che la storiografia omiletica cristiana lo arricchì di molti racconti miracolosi: le croci dei tre condannati ritrovate da S.Elena e il miracolo che permise di identificare quella di Gesù: un moribondo riacquistò la salute e un morto risuscitò al contatto con il santo legno.
Il complesso architettonico costantiniano si componeva di tre parti. La prima era costituita dall'edicola sulla tomba. La roccia fu tagliata per un ampio tratto e la tomba di Gesù venne isolata dalle altre; attorno vi fu edificata l'edicola, coperta da una cupola e chiamata Anàstasi (in greco: risurrezione). La seconda parte, detta Martyrium, si trovava in faccia all'Anàstasi ed era una basilica a cinque navate. La terza parte era costituita dal Calvario anch'esso isolato dalla roccia circostante e rivestito di marmi che però lasciavano in alto allo scoperto, la roccia viva su cui era infissa una croce simbolica. Il dislivello fra la basilica e la sommità del Golgota era (e lo è tuttora) di circa 5 m.
L'invasione persiana del 614 danneggiò gravemente i vari edifici e qualche anno dopo il monaco Modesto, del convento di S.Teodosio, divenuto poi patriarca di Gerusalemme, intraprese lavori di restauro.
Il pellegrino Arculfo, che visitò Gerusalemme nel 670, cioè dopo l'invasione araba, ci descrive la tomba la cui pietra di chiusura era stata spezzata dai Persiani e i diversi pezzi erano finiti in vari altari. Sul Calvario era stata edificata una chiesa e sotto vi fu adattata una piccola cappella dedicata ad Adamo; infine, con il suo stile immaginoso, ci parla anche di una tavola di legno sulla quale Abramo aveva steso il figlio Isacco destinato al sacrificio.
L'invasione araba del 638 non aveva toccato il S. Sepolcro ed i cristiani continuarono ad officiarvi pur con alterni momenti di tacite tolleranze e di aperte violenze. Nel 1009, il sultano Hakim, il più intollerante verso il culto cristiano, fece demolire completamente il S. Sepolcro. Qualche decennio dopo, nel 1048, l'imperatore bizantino Costantino Monómaco, riuscì ad ottenere il permesso di restaurare l'edificio sacro. La basilica (il Martyrium) non venne più ricostruita mentre ci si dedicò a restaurare quel poco della Anàstasi che si era salvato. Sul Golgota fu edificata una cappella che copriva la roccia nuda.