После 1244 г. Гроб Господень был, видимо, отремонтирован, но сведений об этом не сохранилось (на изображениях того периода он представлен в полуразрушенном виде). Упадок продолжался до 1555 г. Францисканцы получили право хранить ключи от Гроба Господня в начале XIV в., но не могли добиться от мусульман выполнения договора. Только при папе Юлии III (1550–1555 гг.) при поддержке императора Карла V Габсбурга (1500–1558 гг.) и его сына Филиппа II Испанского (1527–1598 гг.) удалось отстроить и облицевать Кувуклию почти от основания до купола. Работами руководил епископ Бонифаций Рагузский, кустод Святой земли (с 1551 г.), оставивший их описание (письмо от 1570 г. и рукопись «Liber de perenni cultu», опубликована в 1573 г.). 27 августа 1555 г. он распорядился снять «алабастровые» плиты с Гроба Господня, «на которых совершается святое таинство мессы», и перед ним «предстало то самое несказанное место, на котором три дня лежал Сын Человеческий». Епископ Бонифаций, сопоставив увиденное с гробницей в Акелдаме, писал, что обнаружил «гробницу, во всём похожую на ту, в которой лежало тело Христа. Я указал братьям-францисканцам, что они могут радоваться и показывать её своим преемникам и паломникам, посещающим Святую Землю. Хорошо, что я это узнал, ибо я видел место, где лежало тело Господа, когда реставрировал это святое место». Облик Гроба Господня в оформлении 1555 г. доносят его архитектурные копии в Глогувеке (Оберглогау, Польша; 1634 г.) и в соборе Новоиерусалимского в честь Воскресения Господня монастыря под Москвой (основан в 1656 г.). Наиболее детальное и тщательное воспроизведение эдикулы 1555 г. – трёхмерная модель Гроба Господня из розового известняка (обнаружена в Амстердаме при раскопках в 1977 г.; временно хранится в Музее религиозного искусства в Утрехте). Известны также обмеры Б. Амико 1593–1597 гг., опубликованные как гравюры в 1609/1610 и 1619/1620 гг. (последнее воспроизведение – с ошибками в масштабе), и гравюры наружного и внутреннего облика Гроба Господня, в основном с искажениями (по рис. Жана Зуалларта, 1585 г.; по рис. Корнелиса де Брейна, 1681 г.). Исследователи считают важными рисунки Т. Шау (Палестина, 1722 г.) и францисканца Э. Хорна (1724 г.; точные воспроизведения с записями). В масляной и темперной живописи известны своеобразные иллюстрированные итинерарии по св. местам, часть которых написана до 1809 г. (армяно-католическая версия, после 1674 г.; 14 греческих; несколько русских). Среди источников XVIII–XIX вв. есть изображения на изделиях из керамики и металла (например, кустодии для причастия в форме эдикулы из серебра и др.). Епископ Бонифаций стремился восстановить первоначальную композицию и вторично использовать детали, однако остатки византийско-латинского здания Гроба Господня были полностью переделаны. Рисунки Б. Амико 1593–1597 гг. показывают, что Кувуклия стала ренессансным сооружением. Реставрация 1555 г. была несовершенной: мраморная облицовка уже в XVII–XVIII вв. начала обваливаться, и в праздники францисканцы покрывали Гроб Господень шёлком, чтобы скрыть утраты. В мае 1728 г. пришлось укрепить облицовку интерьера (под наблюдением Э. Хорна). В 1808 г., во время пожара, рухнуло перекрытие ротонды, разрушив купол и облицовку Кувуклии, но интерьер уцелел (обожжённая дверь Гроба Господня хранится в Музее Греческого православного патриархата).