Fondata nel 1493 la chiesa, annessa al monastero, intitolata al Sacro Sepolcro si trovava sulla Riva degli Schiavoni, nello stesso luogo dove ora si trova la Caserma del Sepolcro.Consacrata poi nel 1582, aveva la particolarità di essere la riproduzione dell'edicola del Santo Sepolcro in Gerusalemme.
L'edificio, forse eretto dal Lombardo, era riccamente decorato di marmi e pitture.
Dopo una storia plurisecolare, caduta la Repubblica, nel 1807 il complesso venne soppresso dai decreti napoleonici e nel corso del 1808 tutto venne demolito per ricavarne l'attuale caserma.
Ad oggi rimane sulla Riva degli Schiavoni il portale (incompleto) del convento, attribuito da alcuni al Sansovino e dal altri al Vittoria. Sarebbe stato commissionato nel 1570 dal medico Tommaso Rangone, il cui busto, un tempo collocato nel timpano, si conserva attualmente nel Seminario Patriarcale.
Parte della chiesa (o forse soltanto il sepolcro) era attribuita a Tullio Lombardo. Il sepolcro era, ad imitazione di quello di Gerusalemme, costituito da un'enorme finta grotta in pietra grezza, a grandi blocchi. Nella "grotta" si trovava, sorretto da quattro angeli, un altare di marmo policromo. Dall'interno della "grotta" si scendeva per una scaletta nell'ipogeo, dov'era il Sepolcro propriamente detto, con una figura del Gesù morto.
Ai giorni nostri l'edificio ospita ancora una caserma, la "F. Cornoldi", prestigiosa sede del Circolo Unificato dell'Esercito.