Σύμφωνα με την παράδοση, το 326 η γηραιά μητέρα του Μεγάλου Κωνσταντίνου, Αυγούστα Ιουλία Φλαβία Ελένη, μετέβη στους Αγίους Τόπους για να φέρει στο φως τα διάφορα μέρη στα οποία έζησε και δίδαξε ο Ιησούς Χριστός. Στα Ιεροσόλυμα πραγματοποίησε μεγάλες ανασκαφές για να βρεθούν οι τόποι της Σταύρωσης και της Ανάστασης στον λόφο του Γολγοθά. Η μετέπειτα Αγία Ελένη οδηγήθηκε στην εύρεση του Τιμίου Σταυρού από ένα αρωματικό φυτό που φύτρωνε στο μέρος εκείνο, τον γνωστό μας βασιλικό. Ύστερα από επίπονες ανασκαφές βρέθηκαν τρεις σταυροί, του Κυρίου και των δύο ληστών.

Οι εκκλησιαστικοί ιστορικοί Φιλοστόργιος και Νικηφόρος αναφέρουν ότι ο Σταυρός του Κυρίου εντοπίσθηκε έπειτα από θαύμα, όταν τοποθετήθηκε πάνω σε νεκρή γυναίκα και αυτή αναστήθηκε. Στη θέση αυτή υπήρχε ο ναός της Αφροδίτης, που είχε ανεγείρει το 135 ο Ρωμαίος αυτοκράτορας Αδριανός, μετά τη δεύτερη καταστροφή της Ιερουσαλήμ. Η Ελένη, αφού διέταξε να τον γκρεμίσουν, έχτισε στη θέση του τον περικαλλή Ναό της Αναστάσεως, ο οποίος αποτελεί μέχρι σήμερα ένα από τα σημαντικότερα μνημεία του Χριστιανισμού.

Ο Σταυρός του Κυρίου παραδόθηκε στον Πατριάρχη Ιεροσολύμων Μακάριο, ο οποίος τον τοποθέτησε στον ναό της Αναστάσεως στις 14 Σεπτεμβρίου 335.

Η δεύτερη Ύψωση του Τιμίου Σταυρού σχετίζεται με τους Βυζαντινο-Περσικούς Πολέμους (602-628). Το 614 οι Πέρσες κυρίευσαν την Παλαιστίνη και αφού λεηλάτησαν και κατέστρεψαν τα ιερά προσκυνήματα του Χριστιανισμού, πήραν μαζί τους ως λάφυρο τον Τίμιο Σταυρό. Οι πυρολάτρες Πέρσες θεώρησαν τον Σταυρό μαγικό, εξαιτίας κάποιων θαυμάτων που έγιναν και τον προσκυνούσαν. Ο αυτοκράτορας Ηράκλειος, μετά την οριστική νίκη του εναντίον των Περσών το 628, ανέκτησε το ιερό σύμβολο της Χριστιανοσύνης και το μετέφερε αρχικά στην Κωνσταντινούπολη (14 Σεπτεμβρίου 629), όπου αποτέλεσε μέρος του θριάμβου του και στη συνέχεια στα Ιεροσόλυμα.