Ngày 28.4.1919 người ta đã xây 1 nhà nguyện nhỏ tại nơi Đức Mẹ hiện ra. Nhà nguyện đó được xây bằng đá và vôi, lợp ngói, dài 3,30 m, rộng 2,80 m, cao 2,85 m. Năm 1921, giám mục mới cai quản giáo phận Leiria cho phép việc tôn sùng Đức Mẹ Fátima, và năm 1930 - sau 7 năm điều tra - giám mục này đã công nhận chính thức việc Đức Mẹ hiện ra ở Fátima.

Từ năm 1928 người ta khởi công xây Vương cung thánh đường tại Fátima và hoàn tất năm 1931. Thánh đường này theo lối kiến trúc tân cổ điển, dài 70,50 m, rộng 37 m. Bên trong có 15 bàn thờ dâng kính 15 mầu nhiệm Mân Côi. Phía bên trái trong nhà thờ là 2 ngôi mộ của Jacinta Marto (chết 1920) và Lúcia (chết năm 2005), bên phải là mộ của Francisco Marto (chết 1919).