A Capela das Aparições é o coração do Santuário de Fátima. Erigido em 1919, dois anos depois do pedido de Nossa Senhora de Fátima: "Quero que construam uma capela aqui em minha honra". A primeira missa foi celebrada a 13 de Outubro de 1921.
O pedestal, onde se encontra a Imagem de Nossa Senhora, marca o sítio exacto onde estava a pequena azinheira (desaparecida devido à devoção dos primeiros peregrinos que a levaram, raminho a raminho), de um metro e pouco de altura, sobre a qual Nossa Senhora apareceu aos pastorinhos em 13 de Maio, Junho, Julho, Setembro e Outubro de 1917.
A história da Capelinha das Aparições está intimamente ligada à devoção de uma personagem local, Maria Carreira, que dedicou a sua vida à preservação da Capela das Aparições. Em 1922, quando a capela foi dinamitada, Maria Carreira tinha a imagem de Nossa Senhora de Fátima em casa. Todas as noites levava, diligentemente, a imagem de Nossa Senhora para casa, de forma a garantir a sua segurança. Foi também a primeira pessoa a reunir esmolas para aquele que seria o futuro Santuário de Fátima. A Capela das Aparições tornou-se o seu projecto de vida e, por esse motivo, merece um lugar de destaque na fascinante história de Fátima.
Em 1982 foi construído um vasto alpendre, tendo sido inaugurado aquando da visita do Papa João Paulo II em 12 de Maio desse ano. Em 1988, Ano Mariano, foi forrado com madeira de pinho, proveniente da Rússia, norte da Sibéria. Foi escolhida esta madeira pela sua durabilidade e leveza.
A capelinha original, embora sujeita a ligeiras reparações ao longo dos anos, mantém os traços de uma ermida popular.
A estátua original foi oferecida em 1920 por Gilberto Fernandes dos Santos, o primeiro grande comerciante da região, de acordo com as instruções da pastora Lúcia. Esta escultura em cedro brasileiro tem a assinatura de José Ferreira Thedim. Mede 1metro e 37cm de altura e pesa 19 kg.
No dia 13 de maio de 1920, a imagem de Nossa Senhora de Fátima foi benzida na Igreja Paroquial de Fátima pelo Rev.º António de Oliveira Reis, arcipreste de Torres Novas. A imagem foi entronizada na Capela a 13 de junho do mesmo ano. Foi coroada solenemente em 13 de maio de 1946 pelo legado papal Cardeal Bento Aloisi Masella.
A coroa de ouro foi oferecida por um grupo de mulheres portuguesas em 13 de outubro de 1942, como agradecimento por Portugal não ter entrado na Segunda Guerra Mundial. Pesa 1200 gramas e contém 313 pérolas e 2679 pedras preciosas. Tem incrustada a bala oferecida por João Paulo II quando foi atacado em Roma, a 13 de maio de 1981, em sinal de gratidão à Virgem Maria por lhe ter salvo a vida.
No dia 5 de Agosto de 2023, por ocasião das Jornadas Mundiais da Juventude, aos pés de Nossa Senhora de Fátima, o Papa Francisco, após um longo silêncio dedicou uma oração a Nossa Senhora de Fátima: "Nós Vos consagramos a Igreja e o mundo, especialmente os países em guerra". Um silêncio duradouro que resume as vozes de milhões, unidos pelo desejo de apagar todas as guerras.