ב־2 באוקטובר 1187, לאחר 88 שנות שליטה צלבנית, כבשו המוסלמים בראשות צלאח א-דין את ירושלים. צלאח א-דין החליט להותיר על כנה את כנסיית הקבר, כדי למנוע פריצה של מסעי צלב נוספים, ולהתיר התיישבות נוצרים בעיר, למרות הטבח שבוצע בתושביה המוסלמים (והיהודים) של העיר בעת הכיבוש הצלבני. הוא הפקיד את מפתחות הכנסייה בידי משפחת ג'ודה, כאשר משפחת נוסייבה אחראית עד היום על פתיחת הכנסייה וסגירתה. שתי המשפחות הן מוסלמיות.
בתקופה הממלוכית הוגבל חופש הפולחן הנוצרי והיהודי באופן כללי, וזאת על ידי איסור בנייה ושיפוץ של מבני תפילה קיימים ("חוקי עומר"). בעקבות כך לא יכלו הנוצרים לשפץ את כנסיית הקבר. בתקופה העות'מאנית התירו שליטי העיר לנוצרים לבצע תיקונים וחיזוקים קלים במבנה הכנסייה, אך מאידך הפקידו את מפתחות הכנסייה בידי משפחת ג'ודה המוסלמית. במשך תקופות ארוכות גבו בשל כך המוסלמים "דמי כניסה" מהמבקרים בכנסייה, ובימים שבהם גבר המתח בין הנוצרים והמוסלמים בירושלים, הם סירבו לפתוח את דלתות הכנסייה למשך ימים ולעיתים שבועות. נזירים שהתגוררו בתוך הכנסייה "נכלאו" למעשה בשל כך, ולולא חבריהם מבחוץ שהגניבו להם אוכל ומים דרך חלון, היו בוודאי גוועים ברעב.
התקופה העות'מאנית.
תיאורי עולי רגל רבים מן המאה ה-19 מספרים על ההזנחה של המבנה תחת השלטון העות'מאני. הסופר האמריקאי הרמן מלוויל ביקר בכנסייה בשנת 1857 ותיאר את ההזנחה ששררה בסביבתה. על פי זיכרונותיו "לגלוג ובוז צורב וחוסר אמונה מושלים בכנסיית-הקבר, והרפש מציף בסרחון כל קרן ופינה, ונחיל רוכלים חמוש באלף תחבולות מוכר לך צלבים ומזכרות זולות". דברים בסגנון דומה אפשר למצוא בזיכרונותיהם של מבקרים אחרים מאותה תקופה ובהם מארק טוויין, בנג'מין דיזראלי ואחרים.
בשנת 1808 פרצה בכנסייה שרפה משמעותית ביותר שפגעה בה קשות. על פי טענתו של קוסט (Cust), שכתב את הדו"ח על הסטטוס קוו במקומות הקדושים, החלה השרפה בגלריה הארמנית של הכנסייה (מדרום לקבר הקדוש), ונגרמה על ידי נזיר שיכור שאף ניסה לכבות אותה בשיכר (כיוון שחשב שמדובר במים). בעקבות השרפה קרסה תקרת הרוטונדה והרסה את העיטורים החיצוניים של האדיקולה. לאחר השרפה עברה הכנסייה שיפוצים נרחבים. את הכנסייה שיפץ הארכיטקט היווני קומינוס (Komminos) ממיטילנה ששיפץ גם את האדיקולה בסגנון הבארוק העות'מאני של אותה עת בתרומת הצאר הרוסי אלכסנדר הראשון.
נוסעים נוצרים לארץ ישראל במאה ה-17 דיווחו כי אסור על יהודים להיראות ברחבת הכנסייה. גם נוסעים במאה ה-19 דיווחו כי בשל שנאת הנוצרים בירושלים, יהודים אינם מעזים אפילו לעבור ליד הכנסייה.
הקונסול הבריטי בירושלים באמצע המאה-19, ג'יימס פין, דיווח כי "מנהג העיר" התיר את המעבר ברחבה שלפני הכנסייה לנוצרים בלבד. עם זאת, הנוצרים לא העזו למנוע ממוסלמים לעבור שם. ב-1847 התנפל קהל של צליינים נוצרים על יהודי שעבר בקצה הרחבה וכמעט והרג אותו. היהודי הגיע זמן מה לפני כן מאירופה ולא ידע על המנהג. אנשי הכנסייה היוונים טענו בפני הקונסול כי יש בידם פירמן עתיק הקובע את כופר-הדמים שיצטרכו לשלם (כמחצית פני אנגלי) במקרה וייהרג יהודי כלשהו לאחר שהוכה בשל הימצאותו באזור הרחבה. לאחר שפנה הקונסול לשלטונות באיסטנבול, נתברר כי מעולם לא ניתן פירמן כזה.
ב-1853 פרצה מלחמת קרים, בין היתר בשל המחלוקת על השליטה בכנסיית הקבר ובשאר המקומות הקדושים בארץ ישראל.
ב-26 באפריל 1856, בשבת הקדושה שלפני הפסחא היוונית, פרצה בכנסייה קטטה גדולה בין הארמנים והיוונים על חלוקת "האש השמיימית המקודשת".
בהדפס משנת 1861 המתאר את הרוטונדה, שיצר האדמירל הצרפתי פרנסואה אדמונד פאריי, ניתן לראות בד גדול בצבע כחול ועליו כוכבים לבנים שנתלה מעל מבנה הקבר. תפקידו של בד זה, שהוסר בסוף המאה ה-19, היה לשפר את האקוסטיקה בחלל. כמו כן, נראים בתיאור תאים בין העמודים שמסביב לרוטונדה. כיפת המבנה הייתה עשויה מעץ שעבר טיוח ופאריי מציין כי שיפוצים שהיו נדרשים בה לא בוצעו עקב חילוקי הדעות בין הכנסיות השונות המחזיקות בכנסייה.
במהלך המאה ה-19 ובתחילת המאה ה-20 החלה חקירה שיטתית של מבנה הכנסייה על ידי חוקרים וארכאולוגים, ובהם טיטוס טובלר, קונרד שיק, לואי-איג ונסאן ופליקס-מארי אבל. מדידותיו של שיק שימשו אף כבסיס לחלוקת שטח המבנה בין הכנסיות השונות. וירג'יליו קורבו מבית הספר הפרנציסקני למקרא ערך בכנסייה מחקר ארכאולוגי בשנות ה-60 של המאה ה-19.
תקופת המנדט הבריטי וממלכת ירדן.
ביולי 1927 נפגעה הכנסייה בצורה משמעותית ברעידת אדמה, שפגעה במבנה המוזנח. הבריטים ניסו לגרום לשלוש העדות הגדולות להגיע להסכמה באשר לשיפוץ כולל של הכנסייה אולם ללא הצלחה. עם זאת, עד שנת 1935 שופצו והוחלפו, בניהולו של האדריכל הבריטי ויליאם הארווי (William Harvey), כיפת הקתוליקון, הפסיפסים בקפלת הגולגולתא וכן הוסרו משקופי השיש המגולפים של הכנסייה, שהועברו לטיפול ושימור במוזיאון רוקפלר, שם הם מוצגים עד היום.
עם זאת, את השיפוץ המשמעותי של הכנסייה החלו רק בשנות השישים, תחת השלטון הירדני, והשיפוץ נמשך למעשה עד סוף המאה העשרים. במרץ 1947 הותקנו סביב האדיקולה תומכות מתכת ועץ שנועדו למנוע את התמוטטותה. בשל מחלוקת על אופיו של השיפוץ, התומכות ניצבו במקום עד לשיפוץ המקיף של מבנה הקבר בשנים 2016–2017. המחלוקת נסבה סביב רצונם של היוונים לשפץ ולחזק את המבנה הקיים מול שאיפתם של הקתולים להחזירו למצבו כפי שהיה בתקופה הצלבנית.
התקופה הישראלית.
בסוף שנות השמונים של המאה ה-20 הושלם שחזור סלע הצליבה בידי ארכיטקט מטעם הכנסייה היוונית-אורתודוקסית.
ב-15 במאי 2009 התארח האפיפיור בנדיקטוס ה-16 בכנסייה, כחלק מביקורו בישראל. בנדיקטוס ביקר בכנסייה כאורח הכנסיות היוונית-אורתודוקסית והארמנית. לאחר טקס וסיור בכנסייה קיים האפיפיור תפילה פרטית בקפלה של הגולגולתא.
ב-24 באפריל 2010 ניסה תייר מאירלנד לדקור מתפללים בכנסייה. כוחות הביטחון ירו בו בטרם הספיק לפגוע במתפללים.
בשנת 2016 החל שיפוץ מקיף של מתחם מבנה הקבר, לאחר שהושג הסכם בין שלושת הגופים העיקריים שלהם חלק בכנסיית הקבר על פי הסטטוס קוו: הפטריארכיה היוונית-אורתודוקסית, משמורת ארץ הקודש (הפרנציסקנית) והפטריארכיה הארמנית. במסגרת השיפוץ הוסרו אבני השיש מעל קבר ישו לראשונה מאז המאה ה-16.
בפברואר 2018 הורו הגורמים המנהלים את הכנסייה על סגירת הכנסייה לצליינים במחאה על כוונת עיריית ירושלים לגבות ארנונה על מבנים ואזורים מסחריים שבבעלות הכנסיות ועל הצעת חוק פרטית שנועדה להלאים קרקעות שהכנסייה מכרה ליזמים פרטיים. לאחר שלושה ימים נפתח המתחם לאחר התערבות ראש ממשלת ישראל
אדריכלות.
מבנה כנסיית הקבר.
מבנה הכנסייה היום מבוסס על השיפוץ הצלבני, והוא כולל את חמש התחנות האחרונות מבין 14 תחנות ויה דולורוזה – תחנה 10: הסרת בגדי ישו, תחנה 11: צליבתו, תחנה 12: מותו על הצלב, תחנה 13: אמו הסובלת, תחנה 14: קבורתו (במאה ה-21 נוספה בקבר תחנה נוספת מספר 15 המשמרת את זיכרון תחייתו של ישו). כמו כן ניתן למצוא בכנסייה אתרים חשובים כמו אבן המשיחה, שעליה טיהרו את גופתו; מערת גילוי הצלב; מקום קבורת אדם הראשון; וקברים חצובים מימי בית שני. הכנסייה כוללת גם מספר רב של קפלות וחדרים שונים, המוחזקים בידי העדות הנוצריות השונות.
חצר כנסיית הקבר והחזית.
חצר הכניסה לכנסייה מכונה "פרוויס" (Parvis – "חצר" בלטינית). החצר עצמה והמנזרים סביבה מהווים חלק אינטגרלי מהכנסייה. בחצר, השייכת לשלוש העדות הגדולות המחזיקות בכנסיית הקבר: הלטינים, הארמנים והיוונים, מתקיימת פעילות ליטורגית, בעיקר בתקופת הפסחא. לדוגמה, ביום חמישי הקדוש מתקיימת בחצר רחיצת הרגליים על ידי הפטריארך האורתודוקסי לזכר רחיצת רגלי התלמידים על ידי ישו בעת הסעודה האחרונה.
לכנסייה שער בן שני פתחים, ובכך תכנון הכניסה לכנסייה מתכתב עם "שער הזהב" (שער הרחמים) דרכו נכנס ישו לירושלים. הפתח הימני נאטם בסוף המאה ה-12 או תחילת המאה ה-13, בעבר היו מעל הפתחים ציורי פסיפס שנשרו עם השנים אולם תיאורם מצוי בכתבי נוסעים בני התקופה. משקופי השערים, העשויים שיש ומתארים סצנות הקשורות לשבוע האחרון בחיי ישו (מעל הפתח המערבי) ומוטיבים צמחיים וסצנות מיתולוגיות (מעל הפתח המזרחי) הוסרו על ידי מחלקת העתיקות של המנדט הבריטי והועברו בשנת 1935 למוזיאון רוקפלר.
סביב החצר כנסיות ומנזרים השייכים ברובם ליוונים אורתודוקסים. מימין לכניסה דלת המובילה לכנסיית מיכאל הקדוש, הנמצאת בבעלות הקופטים אולם למעשה בידי האתיופים. ממנה ניתן לעלות לכנסייה העליונה (גם היא בבעלות הקופטים דה יורה אולם בידי האתיופים דה פקטו), כנסיית ארבע החיות. בכנסייה העליונה ניתן לראות תמונה של מלכת שבא המגיעה לביקור אצל שלמה המלך. על פי המסורת האתיופית, למלכת שבא ולמלך שלמה היה בן, מנליק הראשון, שנחשב למייסד השושלת המלכותית האתיופית. ליד תמונת מלכת שבא ישנה תמונה המייצגת את השילוש הקדוש. מכנסייה זו ניתן לצאת לגג הכנסייה המכונה "דיר אל סולטאן" המצוי בבעלות אתיופית ומכונה כך על שמו של שלמה המלך. מדרום (מימין) לכנסיית מיכאל הקדוש מנזר המוקדש ליוחנן השייך לארמנים.
מדרום לכנסיית יעקב מנזר דיר אברהם השייך ליוונים אורתודוקסים וכולל את משרדי הנהלת כנסיית הקבר. במנזר צומח עץ זית המזוהה על ידי היוונים כעץ בו נלכד האיל בעת עקדת יצחק. משום כך מכונה המקום "דיר אברהם". מתחת למנזר, ולמעשה מתחת לרחבת הכניסה כולה, משתרע בור מים ענק, שהכניסה אליו היא ממרתפו של המנזר, בו נמצא גם חדר אוכל לנזירים, שמקורו צלבני וקירותיו מעוטרים בציורי קיר המשמש כמחסן.