Η ανεύρεση του Τιμίου Σταυρού από την βασιλομήτωρ Ελένη αναφέρεται από πολλούς ιστορικούς της πρωτοβυζαντινής περιόδου (Σωκράτης, Σωζόμενος Θεοδώρητος, Ρουφίνος και Αμβρόσιος).
Σύμφωνα με τις ιστορικές μαρτυρίες, ο αυτοκράτωρ Αδριανός είχε οικοδομήσει επί του τάφου του Ιησού Χριστού ειδωλολατρικό ναό αφιερωμένο στην Αφροδίτη. Η Αγία Ελένη γνωρίζοντας αυτήν την παράδοση κατεδάφισε τον ναό και κάτω από τα θεμέλιά του βρήκε τρεις σταυρούς. Προκειμένου να διαπιστωθεί ποιός σταυρός ήταν εκείνος του Ιησού Χριστού ο επίσκοπος Ιεροσολύμων ακούμπησε το σώμα μίας ευσεβέστατης νεκρής γυναίκας διαδοχικά και με τους τρεις σταυρούς. Μόλις το νεκρό σώμα της γυναίκας ακούμπησε τον Τίμιο Σταυρό αναστήθηκε. Την επομένη, την 14η Σεπτεμβρίου του 335 έγινε η Ύψωση του Τιμίου Σταυρού εντός του ναού και σε περιφανές μέρος για να μπορούν να τον δουν και να τον προσκυνήσουν όλοι οι περιχαρείς πιστοί.
Τρεις αιώνες μετά, ο αυτοκράτωρ Ηράκλειος ύψωσε για δεύτερη φορά τον Τίμιο Σταυρό, τον οποίο επανέφερε στα χέρια των Ορθοδόξων μετά από 14 χρόνια κατοχής του από τους Πέρσες.