Nach der Eroberung Jerusalems 1099 blieb die Rotunde der Grabeskirche zunächst unverändert. Die wesentliche Veränderung der Kreuzfahrer zwischen 1160 und 1170 war der Neubau der frühgotischen Kirche als Anbau zur Rotunde im Bereich des antiken Atriums und das dahinter gelegene Kloster der Chorherren. Dadurch musste der Eingang zur Grabeskirche von der Ostseite auf die Südseite der Kirche verlegt werden mit der charakteristischen Schaufassade und dem daneben stehenden Chorturm, der nur noch ein Obergeschoss besitzt. Das zweite Geschoss ist in den Ansätzen der gotischen Zwillingsfenster noch erkennbar und auf alten Anssichten noch abgebildet, der 1546 bei einem Erdbeben einstürzte und nicht mehr aufgebaut wurde.

Die Form der Grabeskirche mit Rotunde und angebautem Chorraum und Turm erinnert an die Pfalzkapelle in Aachen mit ähnlichem Grundriß.