Sofronio Eusebio Girolamo afferma che sul luogo in cui Gesù aveva emesso il suo primo vagito era stato realizzato un bosco consacrato al dio Adone.[1] Verso il 330, su iniziativa dell'imperatore Costantino I e dell'augusta Elena, ebbe inizio la costruzione dell'attuale basilica[2]. Lavori di restauro e ampliamento vennero avviati nel VI secolo dall'imperatore Giustiniano I, in seguito alla distruzione causata dalla rivolta dei Samaritani[3]: venne rialzato il pavimento dell'atrio di circa un metro e aggiunto un nartece.

Nel 614 la basilica riuscì a salvarsi dalla distruzione dei persiani[4] grazie alla presenza, sul prospetto del tempio, della raffigurazione dei Re Magi nel costume nazionale persiano[3]. L'edificio di culto venne quindi risparmiato anche dall'invasione araba e, nel corso del tempo, è stato quindi ulteriormente esteso, con la costruzione di nuove cappelle e monasteri[3].

  Lo stesso argomento in dettaglio: Assedio alla basilica della Natività.

Tra il 2 aprile e il 10 maggio 2002, nell'ambito dell'Operazione Scudo difensivo, le Forze di difesa israeliane occuparono Betlemme e tentarono la cattura di alcuni militanti palestinesi ricercati. Decine di questi si rifugiarono nella basilica della Natività. Dopo 39 giorni fu raggiunto un accordo con i militanti, che furono condotti in Israele e quindi esiliati in Europa e nella Striscia di Gaza.

Nel 2008 l'Autorità nazionale palestinese, con l'accordo delle tre comunità religiose (Armeni apostolici, Greci ortodossi e Cattolici rappresentati dalla Custodia di Terra Santa), nominò un comitato di esperti, presieduto dal ministro Ziad al-Bandak, con lo scopo di promuovere il restauro della Basilica. Nel 2009 il comitato incaricò un consorzio interuniversitario internazionale, sotto la guida del prof. Claudio Alessandri dell'Università di Ferrara, di verificare lo stato di conservazione dell'edificio e coordinare un programma di interventi mirati, partendo dai più urgenti. Nel 2012, in seguito all'inclusione dell'edificio nella lista UNESCO dei monumenti patrimonio dell'Umanità in pericolo, si decise di dare inizio ai lavori, affidati alla società italiana Piacenti. L'intervento iniziò nel 2013 col consolidamento del tetto ligneo, per poi procedere con la struttura architettonica del nartece, gli altri elementi lignei (in particolare la duecentesca Porta armena), i mosaici parietali, le pitture murali sulle colonne e, infine, i mosaici pavimentali. A seguito dei restauri, completati nel 2020, la Basilica è stata espunta dalla lista dei monumenti UNESCO in pericolo.