Localizado no local em que marcou o encontro entre os pastorinhos e Nossa Senhora. Este foi concebido pelo arquiteto holandês Gerard Van Kriechen e continuado pelo arquiteto João Antunes. A 13 de maio de 1928, foi benzida a primeira pedra, pelo arcebispo de Évora, D. Manuel da Conceição Santos. Em 1954, O título de “Basílica” foi concedido por Pio XII. Com 70,5 metros de comprimento e 37 metro de largura, erguida totalmente com pedra da região e com os altares são provenientes de mármore de Estremoz, de Pero Pinheiro e de Fátima. A sua torre sineira foi elaborada no centro deste conjunto, erguendo-se com 65 metros, sendo rematada por uma coroa de bronze com sete mil quilos, feita na fundição do Bolhão, Porto, estando encimada por uma cruz iluminada. Já o carrilhão é constituída por 62 sinos elaborados Fátima por José Gonçalves Coutinho, de Braga, sendo o seu sino maior composto por três mil quilos e badalo 90. O relógio é uma obra de Bento Rodrigues, de Braga. Na fachada desta encontram-se anjos em mármore da autoria de Albano França. Por cima da porta principal, está um mosaico que visa a representação da Santíssima Trindade a coroar Nossa Senhora, elaborado nas oficinas do Vaticano e ali benzido pelo Secretário de Estado, Cardeal Eugénio Paccelli, futuro Papa Pio XII, o “Papa de Fátima”.

Pedido da Nossa Senhora, nesta capelinha foi celebrada a primeira missa em 1921, sendo dinamitada pouco tempo depois, para reconstrução total em 1923. Já no ano de 1982, foi erguido um alpendre, inaugurado aquando a Papa João Paulo II em 12 de Maio desse ano. No ano Mariano em 1988, esta capelinha foi forrada em madeira de pinho, da Rússia, devido à sua durabilidade e leveza. Com os anos foram realizadas obras de reparações, porém os seus traços originais foram mantidos.

Do lado sul da entrada do Santuário, este monumento é composto por um módulo de betão do Muro de Berlim. Este bloco foi uma oferenda de Sr. Virgílio Casimiro Ferreira, emigrante português na Alemanha, que honra e gratidão pela intervenção de Deus, prometida em Fátima, na queda do comunismo.

Obra realizada por escultor José Aurélio, esta encontra-se junto do edifício da Reitoria, tendo sido inaugurado em 25 de Dezembro de 1999.

Presente desde 1960, Santíssimo Sacramento encontra-se exposto e adorado no Santuário de Fátima, pelas Irmãs Reparadoras de Nossa Senhora das Dores de Fátima. Em 2008, o Lausperene foi transferido para a Capela do Santíssimo Sacramento, atual Basílica da Santíssima Trindade. Desde a Páscoa em 2009, passou outra vez para o Santuário de Fátima.

Encontrando-se na Torre Sineira, esta estátua foi esculpida pelo Padre Thomas McGlynn, O.P., sob direção da Irmã Lúcia e tendo sido colocada no nicho da fachada com mais de quatro metros e com 14 toneladas, em 1959. Em 1917, após revelações da Irmã Lúcia, que declarou que Nossa Senhora apresente aos videntes o seu coração Imaculado, tendo sido esculpidas em imagens sobre essa invocação, a primeira seria da autoria do escultor José Thedim, se encontra no Carmelo de Coimbra.

No centro do Recinto de Oração, de frente para a Capelinha das Aparições, esta imagem do Sagrado Coração de Jesus, em bronze, não apresenta autor, tendo sido oferecida por peregrino e benzida solenemente pelo Núncio Apostólico, Mons. Beda Cardinale, em 13 de Maio de 1932. A imagem relembra a mensagem de Fátima, que falou no Coração de Jesus, nas aparições do Anjo, de Nossa Senhora, que reflete o amor de Deus.

No Recinto de Oração do Santuário existem dois edificados a Casa de Retiros de Nossa Senhora das Dores e a Casa de Retiros de Nossa Senhora do Carmo, local em que durante o ano foram realizadas diversas atividades de cariz religioso e pastoral. A Casa de Nossa Senhora das Dores foi iniciada em 1926, ficando atrás da Capelinha das Aparições. Atualmente, a Reitoria funciona neste local, tendo sido benzida pelo Cardeal Patriarca de Lisboa, D. António Ribeiro, no dia 13 de maio de 1986, juntamente com uma exposição da “Fátima Luz e Paz” apresentada desde 2002. No átrio deste encontra-se uma Nossa Senhora da autoria do escultor Teixeira Lopes.

Na Avenida D. José Alves Correia da Silva, este cujo nome é uma homenagem ao Papa que se fez peregrino de Fátima em 13 de maio de 1967. Este edificado foi erguido para corresponder às necessidades pastorais da Igreja para a realização de encontros, congressos, reuniões, concertos, e outras atividades, de índole religiosa, cultural e científica. A sua primeira pedra foi benzida por Cardeal Franjo Seper, Prefeito da Sagrada Congregação da Doutrina da Fé. Este centro foi desenhado por arquiteto J. Carlos Loureiro, do Porto, sendo composto por uma capela, anfiteatro com capacidade para mais de duas mil pessoas, Salão do Bom Pastor, que se divide para alberga 600 pessoas, três salas para 80 pessoas e cinco salas para 40 pessoas.