Los hechos sucedieron entre el 13 de mayo y el 13 de octubre de 1917. Lucía dos Santos, de diez años, y sus primos, Jacinta y Francisco Marto, de seis y nueve años respectivamente, relatan que sintieron como el reflejo de luz que se aproximaba y vieron a una Señora vestida de blanco surgir de una pequeña encina. Los niños aseguraron que se trataba de la Virgen María, la cual les pidió que regresaran al mismo sitio el 13 de cada mes durante seis meses. En posteriores retornos los niños fueron seguidos por miles de personas que se concentraban en el lugar para ser testigos de las apariciones. Con anterioridad a las apariciones marianas se había aparecido un ángel durante la primavera de 1916 en la cueva Loca do Cabeço. Francisco no escuchaba ni hablaba con la Señora; solo la veía.
Entre las recomendaciones, según los testimonios de los niños, la Virgen hizo hincapié en la importancia del rezo del Rosario para la conversión de los pecadores y del mundo entero. La Virgen María también habría pedido la construcción de una capilla en el lugar, capilla que fue el germen del actual santuario.
Se dice que la Virgen apareció otras cinco veces a lo largo del año 1917. En el tiempo en que sucedieron las apariciones, la Virgen, según testimonio de los videntes, realizó varias profecías y recomendaciones y entregó tres mensajes conocidos como Los tres secretos de Fátima.
