Важнейшее из мест поклонения в храме Гроба Господня - церковь Голгофы, которая заключает в себе место распятия Христа. Свой современный архитектурный облик Голгофа приобрела в результате ремонта храма в 1810 году. На святом месте Распятия пребывает лишь сама скала, которую строители и реставраторы разных эпох усекали, выравнивали, обтесывали; сегодня ее размеры составляют 4,5х11,5х9,25 м. На скалу ведут 2 лестницы: правая начинается сразу от дверей храма («латинский всход» ведет к римо-католичскому приделу), левая - со стороны кафоликона («греческий всход» ведет к главному православному приделу). 2 нефа, разделенные приземистыми массивными столпами с аркой между ними, образуют православный и католичский приделы Голгофы. Православный престол (предел), высотой в метр, выполнен из розового мрамора; под престолом находится отверстие, в которое был водружен Крест Распятия. Поверхность скалы скрыта мраморным полом, лишь справа и слева от престола в застекленных проемах можно видеть серый камень самой Голгофы и трещину, прошедшую через всю скалу в результате землетрясения в момент смерти Спасителя. Южный придел церкви Голгофы – Пригвождения к Кресту – принадлежит римо-католикам-францисканцам. Он приобрел современный вид в результате реставрации в конце 1930-х годов по проекту А. Барлуцци, после землетрясения 1927 года. От мозаик времени крестоносцев сохранился лишь фрагмент композиции «Вознесение Христово» на своде центральной арки. Серебряный алтарь (мастер Д. Портиджани из монастыря Сан-Марко во Флоренции) был пожертвован в храм в 1588 году великим герцогом Тосканским Фердинандо Медичи. Считается, что алтарь поставлен на месте, где прибивали к Кресту руки и ноги Спасителя.