Od samego początku uczniowie pierwsi chrześcijanie byli bardzo świadomi znaczenia Betlejem. W połowie drugiego wieku naszej ery św. Justyn, który był rodowitym Palestyńczykiem, opisywał wspomnienia przekazywane przez rodziców, mieszkańców Betlejem, dzieciom o stajence, w której narodził się Jezus. W czasach cesarza Hadriana władze Imperium budowały świątynie pogańskie w różnych miejscach czczonych przez chrześcijan, takich jak Grób Święty i Kalwaria, w nadziei zatarcia wszelkich śladów ziemskiego życia Chrystusa. Coś podobnego mogło mieć miejsce w Betlejem: miejsce narodzin Jezusa stało się świętym gajem poświęconym bogowi Adonisowi. Pierwszą bazylikę chrześcijańską w Betlejem wzniosła matka cesarza Konstantyna Wielkiego święta Helena. Nad pracami czuwał biskup Makary z Jerozolimy. Budowę zaczęto w 327 r., a zakończono w 333 r.
W roku 386 św. Hieronim osiadł w pobliżu bazyliki wraz ze patrycjuszką rzymską Paulą oraz innymi naśladowcami. Prowadząc życie mnisze, poświęcił się studiowaniu Pisma Świętego i jego tłumaczeniem z języków oryginalnych. jego łacińskie tłumaczenie, zwane Wulgatą, stało się później oficjalnym tekstem Kościoła Zachodniego. Bazylikę z IV wieku zastąpiono w VI wieku nową o większych rozmiarach, która przetrwała do naszych czasów. W czasach wypraw krzyżowych (XII w.) ściany bazyliki zostały udekorowane cennymi mozaikami z podkładem inkrustowanym złotem i masą perłową. Dziś z mozaik tych pozostały duże fragmenty przestawiające sceny z Nowego testamentu (w transepcie, napisy w języku łacińskim) oraz symboliczne wyobrażenie soborów ekumenicznych (w nawie, napisy w języku greckim). Ponad kolumnami nawy szereg medalionów przedstawia przodków Jezusa (napisy w języku łacińskim). imię artysty, “Basilius Pictor” (napis w języku łacińskim i syryjskim), znajduje się u stóp jednego z adorujących aniołów na północnej ścianie bazyliki. Wykopaliska archeologiczne przeprowadzone w latach 1934-35 przez ówczesny rząd mandatu brytyjskiego, odkryły znaczne pozostałości mozaikowej posadzki, pochodzącej z pierwszej bazyliki konstantyńskiej. Niektóre z nich widoczne są zarówno w nawie jak i w transepcie bazyliki.
Centrum tego ogromnego kościoła stanowi Grota Narodzenia leżąca poniżej sanktuarium. Wejścia do niej znajdują się we wnętrzu transeptu bazyliki z dwóch stron platformy przed ikonostasem. Sama grota ma w przybliżeniu kształt prostokąta o długości 12,3 m i szerokości 3,5 m. Według miejscowej tradycji, poświadczanej przez wieki przez nawiedzających to miejsce pątników z Europy i innych części świata, Maryja urodziła Jezusa i owiniętego w pieluszki złożyła w żłobie. Świadectwo o tym wydarzeniu zawierają również ewangelie. W centralnej części znajduje się samo miejsce Narodzenia Pańskiego z łacińską srebrną gwiazdą z 1717 r., greckim ołtarzem i uszkodzoną mozaiką. Na prawo od głównego ołtarza znajduje się kaplica franciszkańska w miejscu, w którym miał stać żłóbek.
