Án tuyên chân phước và tuyên thánh cho anh em nhà Marto được mở vào năm 1946. Vào năm 1935, quan tài của hai em được khai quật; người ta phát hiện ra gương mặt của Jacinta không bị hư nát,[14][15] còn thi hài của Francisco thì đã bị phân hủy. Đến năm 1951, quan tài của Jacinta một lần nữa được đào lên để cải táng về Vương cung thánh đường Đức Mẹ Mân Côi đã cho thấy thi thể của Jacinta có dấu hiệu bắt đầu bị phân hủy.[16]

Năm 1937, Giáo hoàng Piô XI đã quyết định rằng không nên thông qua án tuyên thánh cho trẻ em vì chúng chưa đủ khả năng để hiểu được hoặc thực hành liên lỉ nhân đức anh hùng – điều mà một người cần thỏa mãn để có thể được xem xét tuyên thánh. Đến năm 1979, giám mục giáo phận Leiria-Fátima đã kêu gọi giám mục toàn thế giới viết thỉnh nguyện thư cho Giáo hoàng để xem xét trường hợp ngoại lệ của em Francisco (mất năm 10 tuổi) và em Jacinta (mất năm 9 tuổi). Có hơn 300 giám mục đã viết thư cho Giáo hoàng, trong thư nói rằng "các trẻ em này được mọi người biết đến, được kính ngưỡng và thu hút họ dấn thân vào con đường nên thánh. Đã có nhiều ơn được thực hiện nhờ sự nguyện giúp cầu thay của hai em". Các giám mục cũng cho rằng việc tuyên thánh cho hai em là cần thiết về mặt mục vụ đối giới thanh thiếu niên thời đó.

Cũng trong năm 1979, Bộ Tuyên thánh đã triệu tập một đại hội đồng bao gồm các hồng y, giám mục, nhà thần học và chuyên gia để tranh luận về việc liệu trẻ em có khả năng thực hành nhân đức anh hùng hay không. Đại hội đồng đã quyết định rằng, tương tự như các thần đồng về âm nhạc hay toán học, "một số trẻ em cũng có thể là thần đồng tâm linh theo một phương cách siêu nhiên nào đó". Hai anh em nhà Marto đã được Giáo hoàng Gioan Phaolô II tuyên bố là Đấng Đáng Kính vào năm 1989.

Trong chuyến thăm Fátima lần đầu tiên của Giáo hoàng Gioan Phaolô II vào năm 1982, ông đã nói rằng lý do ông tới đây là "vì vào ngày này năm trước tại Quảng trường Thánh Phêrô, Rôma, đã có một vụ ám sát nhắm đến ông, mà dịp này lại trùng hợp với ngày kỷ niệm Đức Mẹ hiện ra lần đầu tiên tại Fátima, tức là ngày 13 tháng 5 năm 1917. Sự trùng hợp ngày tháng này vĩ đại đến nỗi nó mời gọi tôi thực hiện một cuộc chuyến thăm đặc biệt đến nơi đây".[17] Cũng vào ngày này, Bộ Tuyên thánh đã ra một sắc lệnh tuyên chân phước cho hai anh em nhà Marto.[18]

Một phép lạ khác được cho là nhờ sự chuyển cầu của hai em và tiến trình điều tra phép lạ này đã được phê chuẩn vào ngày 8 tháng 2 năm 2013. Đến ngày 23 tháng 3 năm 2017, có thông báo cho rằng Giáo hoàng Phanxicô sẽ tuyên thánh cho hai em trong chuyến thăm của ông đến Bồ Đào Nha diễn ra từ ngày 12 đến ngày 13 tháng 5 cùng năm.[19] Giáo hoàng Phanxicô đã tuyên thánh cách trọng thể hai em Francisco và Jacinta Marto vào ngày 13 tháng 5 năm 2017 nhân dịp kỷ niệm 100 năm ngày Đức Mẹ hiện ra lần đầu tiên tại Fátima.[20]

Họ là những vị thánh trẻ tuổi nhất của Giáo hội Công giáo mà không phải là thánh tử đạo, trong đó Jacinta Marto là vị thánh trẻ tuổi nhất.[3][21]