Δεξιά από την Αγία Αποκαθήλωση δύο σκάλες από 27 σκαλιά οδηγούν 4,50 μέτρα πάνω από το έδαφος του ναού, στο λόφο της Σταύρωσης, στον Τόπο του Κρανίου. H ονομασία του, «Γολγοθάς», αραμαϊκής προέλευσης, οφείλεται πιθανόν στο σχήμα φαλακρού κρανίου, μορφή που του προσδίδουν τα σπηλαιώδη οφθαλμοειδή ορύγματα. Άλλη εκδοχή για την ετυμολογία του προέρχεται από μια παράδοση που επικράτησε τη δεύτερη χιλιετία και που αποδέχθηκαν οι πατέρες της Εκκλησίας για το συμβολισμό της, σύμφωνα με την οποία ο βράχος τον Γολγοθά ήταν ο τόπος ταφής και εύρεσης του κρανίου του Αδάμ.
Λέγεται επίσης ότι ο Γολγοθάς έλαβε το αποτρόπαιο όνομά του από τα κρανία με τα οποία ήταν γεμάτος ως σημείο εκτέλεσης. Αυτός ο βράχος του θανάτου βρισκόταν την εποχή τού Χριστού έξω από τα τείχη της πόλης, αλλά περιλήφθηκε στα όριά της μετά την οικοδόμηση νέου τείχους από τον Ηρώδη Αγρίππα, το οποίο επισκευάστηκε και διαμορφώθηκε από το Ρωμαίο αυτοκράτορα Αίλιο Αδριανό. Το προσκύνημα αρχικά ήταν υπαίθριο. Στεγάστηκε κατά τις αναστηλωτικές εργασίες (617-626) του Αγίου Μοδέστου, όταν ήταν τοποτηρητής του Πατριαρχικού Θρόνου μετά την απαγωγή του Πατριάρχη Ζαχαρία από τους εισβολείς Πέρσες, και διαμορφώθηκε σε αυτοτελές κτίσμα με θολίσκο από τον αυτοκράτορα Κωνσταντίνο Θ' Μονομάχο (1042-1055).
Η ιδιαίτερη στέγασή του διατηρήθηκε και στους επόμενους αιώνες, κι έτσι, ενώ ο Γολγοθάς εσωτερικά έχει την ίδια οροφή με σταυροθόλια, εξωτερικά παρουσιάζει δική του τρουλωτή κάλυψη. Στον ιερό βράχο του Μαρτυρίου και της Αγωνίας βρίσκονται δύο παρεκκλήσια: βόρεια, στον αυθεντικό τόπο της Σταύρωσης, είναι το ελληνορθόδοξο και νότια, χωρισμένο με τοξωτό άνοιγμα, το παρεκκλήσι των Λατίνων, στον τόπο όπου ο Κύριος προσηλώθηκε στο Σταυρό.
Το ορθόδοξο παρεκκλήσι υποβάλλει τον προσκυνητή με τη μεγαλοπρέπεια, τις θαυμάσιες τοιχογραφίες και την εξαιρετική διακόσμησή του. Πάνω σε έναν τεράστιο σταυρό ο Εσταυρωμένος Ιησούς, σε φυσικό μέγεθος, με το ακάνθινο στεφάνι «καθοράται νεκρός». Δεξιά του στέκει η Θεοτόκος και αριστερά του ο μαθητής που αγάπησε, ο Ιωάννης. Μπροστά από τη σύνθεση της Σταύρωσης είναι n μονόλιθη Αγία Τράπεζα και ακριβώς από κάτω διακρίνεται στο βράχο κυκλικό άνοιγμα, μέσα στο οποίο στήθηκε ο Σταυρός του Χριστού. Το άνοιγμα αυτό καλύπτεται από ασπιδόμορφο αργυρό δίσκο, στον οποίο απεικονίζονται πέντε σκηνές από τα Άγια Πάθη.
Ο χώρος δεξιά και αριστερά της Αγίας Τράπεζας είναι περιφραγμένος με τζάμι και μας δείχνει πώς ήταν η όψη του Γολγοθά προτού χτιστούν τα προσκυνήματα. O προσκυνητής αντικρίζει με δέος τη σχισμή που προκάλεσε ο σεισμός στο βράχο την ώρα που ο Ιησούς παρέδωσε το πνεύμα.
