עדות ארכיאולוגית ראשונה מסוגה לחיים בתקופת הבית השני בגת שמנים, נחשפה בחפירות ארכיאולוגיות של רשות העתיקות בשיתוף עם חוקרי מכון המחקר הפרנציסקני בסמוך לכנסיה המודרנית. במקום התגלה מקווה טהרה מלפני 2000 שנה - התקופה שבה, לפי האמונה הנוצרית, פעל ישוע בירושלים. כמו-כן, נחשפו בעמק הקדרון שלמרגלות הכנסיה שרידים מרשימים של כנסייה ביזנטית. התגליות הארכיאולוגיות המרשימות פורסמו (יום ב', 21.12.20), ערב חג מולד, במסיבת עיתונאים בהשתתפות הקוסטוס - ראש משמרות ארץ הקודש, האח פרנצסקו פאטון, חוקרי רשות העתיקות וחוקרי מכון המחקר הפרנציסקני. במהלך כריית המנהרה החדשה למבקרים, ומטרים בודדים מהכנסייה המודרנית, נתגלה באופן מפתיע חלל תת-קרקעי, שזוהה כמקווה טהרה מימי הבית השני. לדברי עמית ראם, ארכיאולוג מחוז ירושלים ברשות העתיקות: "מציאת מקווה הטהרה, מאששת בסבירות גבוהה את השם העתיק שניתן למקום - גת שמנים. לרוב, מקוואות טהרה מתק' בית שני, נמצאו במבני מגורים ובמבני ציבור, או בסמוך למתקנים חקלאיים ולקברים. במקרה הזה, המקווה נמצא בשטח הפתוח. מציאתו במנותק ממבנים מעידה, כנראה, על קיומה של תעשיה חקלאית במקום לפני 2000 שנה - אולי של ייצור שמן או יין. דיני הטהרה ביהדות, חייבו את העוסקים במלאכת ייצור השמן והיין להטהר. אם כן, מציאת המקווה עשויה להוות עדות לסיבה שבגללה קיבל המקום את שמו העתיק - "גת שמנים", מקום בו יצרו שמן בטהרה ליד העיר." עוד נמצאו בחפירה שרידי כנסייה לא ידועה, שהוקמה בסוף התקופה הביזנטית (מאה 6- לסה"נ) והמשיכה בשימוש גם במהלך התקופה האומאית (מאה 8 לסה"נ). את הכנסייה עיטרו פריטי אבן מגולפים במלאכת מחשבת, המעידים על חשיבותה. להערכת מנהלי החפירה, דוד יגר ועמית ראם מרשות העתיקות, הכנסייה מנציחה את אחד מהאירועים הרבים המיוחסים למקום בברית החדשה. בכתובת ביוונית שנמצאה משולבת ברצפת הכנסייה ופוענחה על-ידי ד"ר לאה די סגני מהאוניברסיטה העברית וד"ר רוסריו פיארי (Rosario Pierri) מהמכון הפרנציסקני, נכתב: "לזכרם וגאולתם של אוהבי ישוע, אלוהים שקיבל את הקורבן של אברהם, קבל את מנחתם של משרתיך ומחק את חטאיהם". ארכיאולוג רשות העתיקות דוד יגר, מוסיף: "מעניין לראות שהכנסייה פעלה, ואולי אף נוסדה, בזמן שירושלים הייתה תחת שלטון מוסלמי ויש בכך עדות שתנועת הצליינות הנוצרית המשיכה גם בתקופה זו". במהלך ימי הביניים נבנתה במקום אכסנייה או מנזר רחב ממדים, עם מספר רב של חדרים, מערכות מים משוכללות, ושני בורות מים גדולים שעל דפנותיהם עיטורי צלב מכוירים. החוקרים מזהים כי האתר נחרב במאה ה-12, כנראה כתוצאה של הכיבוש האיובי (1187). ע"פ המקורות ההיסטוריים, הורה צלאח א-דין, הסולטאן האיובי, לפרק את הכנסיות ואת המבנים בהר הזיתים, ולהשתמש באבניהם לשיקום חומות העיר.