Den grekisk-ortodoxa patriarken av Jerusalem, Theophilos III, besökte den kristna staden Taybeh tillsammans med andra präster från Jerusalem och berättade att bosättare förra veckan hade tänt en eld nära en kyrkogård och en kyrka från 400-talet.
"Dessa handlingar är ett direkt och avsiktligt hot mot vårt lokalsamhälle ... men också mot det historiska och religiösa arvet," sade patriarken till diplomater och journalister vid en presskonferens i Taybeh.
Han berättade också att bosättare hade attackerat hem i området.
"Vi kräver en omedelbar och transparent utredning om varför den israeliska polisen inte svarade på nödsamtal från lokalsamhället och varför dessa avskyvärda handlingar fortsätter att gå ostraffade," tillade han.
Israels regerings talesperson svarade inte omedelbart på en förfrågan från Reuters om en kommentar.
Israels regering har tidigare sagt att alla våldshandlingar från civila är oacceptabla och att individer inte ska ta lagen i egna händer.
Under besöket ledde kyrkans ledare lokala invånare i bön medan ljus fladdrade i ruinerna av den 400-talskyrkan St. George.
De samtalade med invånare som beskrev sina rädslor.
B'Tselem och andra människorättsorganisationer säger att våld från bosättare på den ockuperade Västbanken har ökat sedan Israels krig mot Gaza inleddes i slutet av 2023.
Palestinska hälsomyndigheter och vittnen uppgav att två män, inklusive en amerikansk medborgare, dödades av bosättare under en konfrontation på fredagskvällen.
Rädslan för våld får kristna att lämna den ockuperade Västbanken, sade kardinal Pierbattista Pizzaballa, den romersk-katolska patriarken av Jerusalem sedan 2020.
"Tyvärr finns frestelsen att emigrera där på grund av situationen," tillade han.
"Den här gången är det mycket svårt att se hur och när detta kommer att ta slut, och särskilt för ungdomarna att tala om hopp och tillit för framtiden."
Omkring 50 000 kristna palestinier bor i Jerusalem och på den ockuperade Västbanken, ett område som inkluderar många av kristendomens mest heliga platser, inklusive Betlehem, där troende säger att Jesus föddes.
Omkring 700 000 israeliska bosättare bor bland 2,7 miljoner palestinier på Västbanken och i Östra Jerusalem, områden som Israel ockuperade i kriget 1967.