La Capilla de las Apariciones es el corazón del Santuario de Fátima. Erigida en 1919, dos años después de la petición de Nuestra Señora de Fátima: "Quiero que construyáis aquí una capilla en mi honor". La primera misa se celebró el 13 de octubre de 1921.
El pedestal sobre el que se alza la estatua de Nuestra Señora marca el lugar exacto donde se alzaba la pequeña encina (desaparecida por la devoción de los primeros peregrinos que la cogieron, rama a rama), de un metro y pico de altura, en la que Nuestra Señora se apareció a los niños pastores los días 13 de mayo, junio, julio, septiembre y octubre de 1917.
La historia de la Capilla de las Apariciones está estrechamente ligada a la devoción de un personaje local, Maria Carreira, que dedicó su vida a preservar la Capilla de las Apariciones. En 1922, cuando la capilla fue dinamitada, Maria Carreira tenía la imagen de Nuestra Señora de Fátima en su casa. Todas las noches llevaba diligentemente la imagen de Nuestra Señora a su casa para garantizar su seguridad. Fue también la primera persona que recogió limosnas para lo que sería el futuro Santuario de Fátima. La Capilla de las Apariciones se convirtió en el proyecto de su vida y, por esta razón, merece un lugar destacado en la fascinante historia de Fátima.
En 1982 fue construido un vasto alpendre, inaugurándose con la visita del Papa Juan Pablo II el 12 de mayo de ese año. En 1988, Año Mariano, fue forrada con madera de pino, proveniente de Rusia, norte de Siberia. Fue escogida esta madera por su durabilidad y belleza.
La Capilla original, ahora sujeta a varias reparaciones por el transcurrir de los años, mantiene las líneas de una ermita popular.
La estatua original fue ofrecida en 1920 por Gilberto Fernandes dos Santos, primer gran comerciante de la región, según las instrucciones de la pastora Lúcia. Esta escultura en cedro brasileño lleva la firma de José Ferreira Thedim. Mide 1 metro y 37 cm de altura y pesa 19 kg.
El 13 de mayo de 1920, la imagen de Nuestra Señora de Fátima fue bendecida en la Iglesia Parroquial de Fátima por el reverendo António de Oliveira Reis, arcipreste de Torres Novas. La imagen fue entronizada en la Capilla el 13 de junio del mismo año. Fue solemnemente coronada el 13 de mayo de 1946 por el legado papal Cardenal Bento Aloisi Masella.
La corona de oro fue ofrecida por un grupo de mujeres portuguesas el 13 de octubre de 1942, en agradecimiento por no haber entrado Portugal en la Segunda Guerra Mundial. Pesa 1.200 gramos y contiene 313 perlas y 2.679 piedras preciosas. Lleva incrustada la bala ofrecida por Juan Pablo II cuando fue atacado en Roma el 13 de mayo de 1981, en señal de agradecimiento a la Virgen María por haberle salvado la vida.
El 5 de agosto de 2023, con ocasión de la Jornada Mundial de la Juventud, a los pies de Nuestra Señora de Fátima, el Papa Francisco, tras un largo silencio, dedicó una oración a Nuestra Señora de Fátima: "Te consagramos la Iglesia y el mundo, especialmente los países en guerra". Un silencio duradero que resume las voces de millones de personas, unidas por el deseo de borrar todas las guerras.