Ngày 15 tháng 12 năm 1960, Fabiola kết hôn với Vua Baudouin của Bỉ. Hôn lễ được cử hành tại Thánh đường St. Michael và St. Gudula thuộc Vương quốc Bỉ. Tại lễ cưới, cô dâu Fabiola đội chiếc vương miện Art Deco - quà cưới của Chính phủ Bỉ dành cho Hoàng hậu Astrid khi bà kết hôn với Vua Léopold III. Váy cưới của cô dâu được làm từ lụa satin và lông chồn ermine của nhà thiết kế Cristóbal Balenciaga. Tạp chí TIME ngày 26 tháng 9 năm 1960 đã gọi Hoàng hậu Fabiola là "Cô bé Lọ Lem" vì trước khi kết hôn, bà không phải là một thành viên của gia đình Hoàng gia mà chỉ là một nữ y tá bình thường. Bên cạnh đó, tờ TIME còn miêu tả bà là "một thiếu nữ yếu đuối nhưng rất thu hút". Cũng nhân dịp lễ cưới, để tôn vinh Hoàng hậu Fabiola, các thợ làm bánh Tây Ban Nha đã tạo ra một loại bánh mì mới và đặt tên là "Bánh mì fabiola". Loại bánh này đến nay vẫn còn được sản xuất và tiêu thụ mỗi ngày tại nhiều thành phố ở Tây Ban Nha.

Năm 1961, nhà thám hiểm Guido Derom đã đặt tên cho ngọn núi vừa mới được phát hiện thuộc dãy núi ở châu Nam Cực là "Núi Hoàng hậu Fabiola". Ngoài ra, tên của bà còn được đặt cho nhiều loài cây cảnh khác.

Sau 5 lần sảy thai, Hoàng hậu Fabiola được chẩn đoán là không thể có thai được nữa. Năm 2008, khi nói về những lần sảy thai của mình, Hoàng hậu Fabiola đã nói rằng, "Bạn biết đấy, tôi đã từng mất đi những 5 đứa con. Qua những lần trải nghiệm, bạn sẽ học được rất nhiều thứ. Tôi không thể mang thai, nhưng tôi nghĩ cuộc sống này vẫn rất tươi đẹp".[2]