В конце XIX – ХХ вв. систематизацию всех видов источников осуществили Феликс Мари Абель и Луи Юг Венсан, их материалы использовали авторы, писавшие о храме вплоть до середины ХХ в. Большое внимание уделялось и анализу ранней иконографии храма (работы Густава Германа Дальмана, Андре Грабара и др.). Однако до проведения регулярных архитектурно-археологических обследований представление об истории храма оставалось неполным. Лишь в 1960–1970 гг., с началом проведения реставрации и сопряжённых с ней раскопок, Джон Гарднер Уилкинсон смог воссоздать картину поэтапного развития храма в серии планов и аксонометрий, а накопление натурных данных и публикация источников привели к более надёжным архитектурным версиям и реконструкциям, основанным на последних обмерах (Т. Болл, Ш. Куаснон, С. Эшли, М. Биддл). В 1960 гг. реставрационными работами руководили французский архитектор Куаснон и глава археологической службы Латинского патриархата Вергилио Корбо. Работы с 1963 г. велись в сотрудничестве с Греческим и Армянским патриархатами; позже в храме работали греческие, французские, испанские, английские учёные. Надзор за реставрацией 1960 гг. вело «Объединённое техническое бюро» – группа архитекторов, представлявшая интересы основных общин храма. Программы работ на участках разных конфессий принимались после утверждения всеми. В 1961 г. были прорезаны 13 траншей до фундамента и дренажный туннель по оси «север-юг» от францисканского монастыря до цистерны, находящейся под площадью перед входом в храм. В 1960–1969 гг. В.К. Корбо вёл исследования в католических частях храма: в северном вестибюле ротонды и галерее над ним, в церкви Явления Воскресшего Господа Пресвятой Деве Марии и во всех помещениях францисканского монастыря, примыкающих к ней с севера и востока, в северной галерее под так называемыми Аркадами Девы и в церкви Обретения Креста. В 1966 г. Армянская церковь начала раскопки в южной части храма и к востоку от церкви св. Елены. С 1975 по 1981 гг. раскопки продолжались под руководством М. Броши; Флорентино Диас Фернандес (Испания) исследовал этот участок на последнем этапе работ, он также вёл раскопки к востоку от Голгофы. В 1970 г. представители Греческой православной церкви работали в кафоликоне под руководством архитектора А. Экономопулоса, в 1977 г. – в восточной части Голгофы (вместе с Х. Кацимбинисом). После 30 лет работ (несмотря на невысокий с точки зрения профессиональной археологии уровень) были получены первые довольно противоречивые сведения о стратиграфии участка и остатках ранневизантийского и средневекового комплексов храма, суммированные Куасноном (опубликованы отдельной книгой), и более обоснованная реконструкция В.К. Корбо, который ввёл в научный оборот отчёты о раскопках. История храма и места, где он поставлен, постепенно проясняется, однако в топографии, датах и атрибуции отдельных частей комплекса остаётся много вопросов. Исследования фрагментарны, их организации мешает разделение ответственности между церквами, заключения доверяются разнородным по конфессиональному составу и уровню подготовки исследователям. Их интерпретация вызывает критику и порождает противоречащие друг другу версии реконструкции. Но по ряду позиций выводы авторов совпадают.