Als nach der Eroberung Jerusalems durch die Kreuzritter 1099 der Bereich östlich der Rotunde um 1160/1170 durch den Anbau der heute noch bestehenden Kirche umgestaltet wurde, war die "Anastasis" (Ἀνάστασις, griechisch für "Auferstehung"), der Rundbau über dem Grab Christi, selbst von keinen gravierenden Eingriffen betroffen. Die bedeutendste Baumaßnahme der Kreuzfahrer war, dass sie das offene Atrium in einen spätromanischen Kirchenraum umwandelten, was den heutigen Raumeindruck beim Betreten der Grabeskirche prägt. Die Adamskapelle am Golgotafelsen wurde als Grablege der lateinischen Könige umgestaltet. Die Helenakapelle verband die unterirdische Kapelle der Kreuzauffindung mit dem übrigen Kirchenraum. Darüber wurde das Kloster der Chorherren errichtet, so dass die Grabeskirche nicht mehr wie bisher von Osten betreten werden konnte. Stattdessen entstand der heutige Eingang auf der Südseite mit seiner repräsentativen Fassade. Aus einer von Ost nach West abschreitbaren Kirche wurde nun eine zentrierte Hauptkirche mit Zugängen zu den ober- und unterirdischen Memorialstätten. Der lateinische Patriarch Fulcherius weihte die Kirche am 15. Juli 1149.