La basilique byzantine fut bâtie peu après 431 par Juvénal, évêque de Jérusalem, avec le concours de l’impératrice Eudocie.
Le 15 mai 439 saint Cyrille d’Alexandrie, en présida la cérémonie de dédicace.
Elle fut marquée par le transfert dans le nouveau sanctuaire des reliques du premier martyr, qui reposaient depuis vingt-quatre ans dans l’église du mont Sion.
Eudocie finança l’agrandissement et l’embellissement de l’édifice. Mais, ayant été avertie de sa mort prochaine, elle fit procéder à une seconde dédicace le 15 juin 460, sans attendre la fin des travaux. Lorsqu’elle décéda le 20 octobre 460, on l’ensevelit ici.
L’église byzantine était flanquée d’un monastère avec diverses dépendances. À sa tête, Eudocie avait nommé Gabriel, un moine lettré qui parlait grec, latin et syriaque.
Vers 516, quelque dix mille moines s’assemblèrent dans la » vénérable maison du protomartyr Étienne « , pour défendre la doctrine du concile de Chalcédoine sur les deux natures du Christ.
Les Perses détruisirent la basilique et tous les bâtiments monastiques en 614. Une petite chapelle fut alors érigée sur un côté de l’atrium. Par la suite elle desservit une léproserie.
Les Croisés la restaurèrent en 1099. Mais en 1187 ils la démolirent, pour empêcher les armées de Saladin de s’en servir comme ouvrage militaire durant leur siège de la Ville sainte.