Dopiero w 1871 bracia mniejsi, po uregulowaniu wszelkich spraw własnościowych, wybudowali w pobliżu groty oratorium i klasztor, które zachowały się do naszych czasów. W 2006 przeprowadzono sondaże archeologiczne i wybudowano nowy kościół oraz kaplicę wieczystej adoracji według projektu włoskiego architekta Luigiego Leoniego.
Wykopaliska przeprowadzone przez archeologów z Franciszkańskiego Studium Biblijnego w Jerozolimie potwierdziły wcześniejsze przypuszczenia postronnych podróżników i pątników odwiedzających Grotę Mleczną i przyległy teren. Grota była miejscem kultu chrześcijańskiego w okresie bizantyjskim i w czasach wypraw krzyżowych. Zachowały się fragmenty mozaikowej posadzki z V wieku Na mozaice występują motywy krzyża. Odnaleziono również artefakty sięgające epoki żelaza.
Niektóre źródła podają w odniesieniu do Groty Mlecznej, iż była ona miejscem pochówku Świętych Młodzianków. Już w czasach św. Heleny, matki cesarza Konstantyna Wielkiego, która przybyła do Ziemi Świętej w 327–328, istniało poza miastem oratorium dedykowane pamięci tych pierwszych męczenników.