Впервые пещеру Рождества на русском языке описал в начале XII века игумен Даниил в сочинении «Житие и хождение игумена Даниила из русской земли»: «и там, к востоку, есть место, напротив которого справа – Ясли Христовы. С западной стороны под каменной скалой находятся Ясли Христовы святые, в которые положен был Христос Бог, в рубища повит. Нашего ради спасения все претерпел. Близко друг от друга находятся места те – Рождество и Ясли: примерно три сажени расстояние между ними; в одной пещере оба места эти. Украшена же пещера та мозаикой и вымощена красиво. Под церковью же все выдолблено, и мощи святых тут лежат…»
Канонические тексты не говорят о пещере прямо. О том, что Христос родился в Вифлееме, сообщают евангелисты Лука (Лк. 2:4–7) и Матфей (Мф. 2:1—11), однако ни один из них не упоминает пещеру, только Лука косвенно указывает на нее, сообщая, что Богородица «положила Его в ясли, потому что не было им места в гостинице» (Лк. 2:7).
Древнейшее, вероятно, дошедшее до нас прямое письменное свидетельство о пещере как месте Рождества принадлежит святому Иустину Философу. В сочинении «Диалог с Трифоном иудеем», написанном в 150–155 годах, он утверждает, что Святое Семейство нашло укрытие в пещере около Вифлеема. Пещера как место Рождества многократно упоминается в апокрифическом Протоевангелии Иакова (главы 18–21), написанном, предположительно, около 150 года. Ориген посетил Вифлеем почти за столетие до постройки базилики Рождества, примерно в 238 году. Позднее, в сочинении «Против Цельса», написанном около 247 года, он упоминает пещеру в Вифлееме, которую местные жители считали местом Рождества Христова.
Что это была за пещера и кому принадлежала, неизвестно. Скорее всего, она была естественного происхождения, а позднее ее приспособили для хозяйственных нужд, в том числе для содержания домашних животных. В Вифлееме многие старые здания возведены над пещерами в известняковых скалах. Нередко дома, стоящие на склоне, имеют своим первым этажом пещеру, вход в которую на уровне улицы. Этот этаж использовался как хлев, а семья жила на втором этаже. Многие такие помещения имеют каменные кормушки или ясли, вырезанные в скале, а также железные кольца, чтобы можно было привязать животных на ночь. Эти пещеры, совершенно такие же как грот Рождества, использовались для содержания животных вплоть до середины XX века.