W porównaniu z innymi sanktuariami maryjnymi w Europie i na świecie, sanktuarium fatimskie zasługuje na szczególną uwagę pielgrzymów, będąc wymarzonym miejscem skupienia i modlitwy, których nie zakłóca zgiełk turystyczny i handlowy. Santuário de Nossa Senhora de Fátima (Sanktuarium Matki Bożej Fatimskiej) powstało w miejscu sześciu objawień, w których Matka Boża przekazała Pastuszkom trzy tajemnice fatimskie od 13 maja do 13 października 1917 roku. Położone jest w okolicy zwanej Cova da Iria, w prowincji Extremadura – 120 km od Lizbony i 180 km od Porto, dwóch największych miast Portugalii. Należy do diecezji Leiria-Fátima i parafii fatimskiej.
Szczególny urok sanktuarium fatimskiego, jednego z najważniejszych sanktuariów maryjnych świata, polega na głęboko religijnej atmosferze, uczynności tamtejszych służb porządkowych i znakomitej organizacji, która zapewnia pielgrzymom komfort niezbędny do modlitwy, zgłębiania tajemnic objawionych, a często także do odbywania pokuty.
Przestrzeń sanktuarium wypełnia ogromny Plac Piusa XII (Praça Pio XII), którego powierzchnia jest dwukrotnie większa od placu watykańskiego. Powiada się, że może on pomieścić milion osób. Nazwę swoją zawdzięcza on konsekracji Bazyliki fatimskiej, dokonanej w 1953 roku przez Piusa XII.
W obrębie placu mieści się szereg budowli, z których najważniejszą jest oczywiście Kaplica Objawień (Capelinha das Aparições), gdzie umieszczono figurę Matki Bożej Fatimskiej. To tu właśnie odbywają się główne nabożeństwa i stąd także wyrusza codziennie późnym wieczorem procesja ze świecami, niosąc figurę i śpiewając pieśni w różnych językach. Przyjmuje się, że figura stoi dokładnie w miejscu, w którym Matka Boża objawiała się trojgu Pastuszkom – Łucji Dos Santos oraz Franciszkowi i Hiacyncie Marto trzynastego dnia maja, czerwca, lipca, września i października. Nieopodal kaplicy znajduje się wielki dąb korkowy (Azinheira Grande), będący świadkiem tych wydarzeń.
Niemal w środku placu, naprzeciw frontu kaplicy wzniesiono postument Świętego Serca Jezusa (Sagrado Coração de Jesus), zwrócony ku Bazylice Matki Bożej Różańcowej (Basílica de Nossa Senhora del Rosário). Wzniesiono ją w latach 1928-1953 w stylu neobarokowym według projektu holenderskiego architekta, Gerarda Van Kriekena. Widoczna z daleka wieża Bazyliki wznosi się na wysokość 65 metrów i zwieńczona jest brązową koroną o wadze siedmiu ton oraz krzyżem. W prezbiterium świątyni spoczywają Pastuszkowie, błogosławieni Franciszek i Hiacynta, a także zmarła w 2005 r. Łucja. W głównym ołtarzu podziwiać można scenę objawień, a 15 bocznych kaplic reprezentuje piętnaście tajemnic Różańca. Szczególnie urokliwa jawi się kolumnada po obu stronach Bazyliki, przypominająca rozwarte ramiona, które obejmują część Placu Piusa XII. Pomiędzy dwustoma kolumnami rozmieszczono 14 stacji Drogi Krzyżowej, wykonanych z polichromowanej ceramiki. Kolumnadę wieńczy 17 figur świętych portugalskich, świętych fundatorów kongregacji religijnych i propagatorów kultu maryjnego. Dźwięk potężnych dzwonów w wieży roznosi się po całej okolicy, wzywając na nabożeństwa i wieczorną procesję.
Po przeciwnej stronie Placu Piusa XII widnieje Wielki Krzyż (Cruz Alta) o wysokości 34 metrów, wykonany ze stali przez Roberta Schada z Niemiec. Tuż za nim całą niemal tylną przestrzeń placu wypełnia ogromna sylwetka Kościoła Trójcy Przenajświętszej (Igreja da Santíssima Trinidade), wybudowanej według projektu greckiego architekta, Alexandrosa Tombazisa. Budowę kościoła rozpoczęto w roku 2004, a 12 października 2007 roku został on poświęcony przez legata papieża Benedykta XVI na uroczystości obchodów dziewięćdziesiątej rocznicy objawień. Kościół wybudowano gwoli powiększenia niewystarczającej przestrzeni sakralnej Bazyliki, umożliwiając tym samym odprawianie nabożeństw z udziałem wielkiej ilości wiernych. Nowy kościół ma bowiem ponad osiem i pół tysiąca miejsc siedzących. Jego biała bryła ma kształt koła o średnicy 125 metrów i o wysokości 18 metrów. Ciekawym elementem ikonografii zewnętrznej są brązowe drzwi główne, poświęcone Chrystusowi, a także boczne drzwi św. Filipa, poświęcone dwunastu Apostołom. W przedniej części ołtarza umieszczono fragment marmuru z grobu Apostoła Piotra w Bazylice Watykańskiej, podarowany sanktuarium przez Ojca Świętego Jana Pawła II. Dodatkową atrakcję tej części sanktuarium stanowi tzw. Strefa Pojednania, umieszczona w podziemiach frontu kościoła Trójcy Przenajświętszej, gdzie znajduje się m. in. pięć kaplic i wiele konfesjonałów. Po czterech stronach kościoła umieszczono cztery pomniki, przedstawiające trzech papieży (Piusa XII, Pawła VI i Jana Pawła II) oraz biskupa diecezji Leiria.
Z nawiedzeniem sanktuarium fatimskiego związane jest zwyczajowo przejście Drogą Krzyżową i wizyta w wiosce Aljustrel, miejscu zamieszkania Pastuszków. Droga Krzyżowa (Via-Sacra) wiedzie przez 14 stacji upamiętniających Mękę Chrystusa; stacja 15 poświęcona jest Zmartwychwstaniu. Na końcu znajduje się Kalwaria (Calvário) – kaplica i wieńcząca ją postać Ukrzyżowanego. 14 stacji zostało ufundowanych w 1964 r. przez uchodźców węgierskich, a ostatnia – piętnasta – w roku 1992. Stąd fatimska Droga Krzyżowa zwana jest także Drogą Węgierską. Pomiędzy jej stacjami mieści się figura Matki Bożej z Valinhos, upamiętniająca czwarte objawienie z 19 sierpnia 1917 r.