Objawienia Matki Bożej w Fatimie były przedmiotem żywego zainteresowania ze strony papieży.

13 maja 1946 r. kardynał Masella, legat papieski, dokonał, w imieniu Piusa XII, koronacji figury Matki Boskiej Fatimskiej.
 
W 1956 roku kardynał Roncalli (późniejszy papież bł. Jan XXIII), w homilii wygłoszonej w Fatimie modlił się za przyczyną Maryi o łaskę sprawiedliwości, miłosierdzia i pokoju.

Z kolei papież Paweł VI podkreślał istotność orędzia fatimskiego. W przemówieniu na zakończenie trzeciej sesji Soboru Watykańskiego II zapowiedział wysłanie do Fatimy Złotej Róży. Zawiózł ją do sanktuarium w roku 1965 legat papieski kardynał Cento. Sam Paweł VI udał się z pielgrzymką do Fatimy 13 maja 1967 roku, z okazji 50-lecia objawień.

Kardynał Luciani (późniejszy Jan Paweł I), także pielgrzymował do Fatimy. 10 lipca 1977 r. apelował tam o modlitwę różańcową, która „powinna być tak żywa, jak przestrzeganie zasad Ewangelii”.

Doskonale znana jest głęboka cześć Jana Pawła II do Matki Bożej Fatimskiej. Cześć wynikająca nie tylko z wielkiej miłości Papieża-Polaka do Matki Najświętszej, ale też szczęśliwego działania Opatrzności i macierzyńskiej troski Maryi, której dłoń kierowała kulą zamachowca Ali Agcy, która szczęśliwie nie okazała się śmiertelną. W rocznicę zamachu, 13 maja 1982 r. Jan Paweł II udał się do fatimskiego sanktuarium i jako wotum za uratowanie życia ofiarował Matce Bożej Fatimskiej złoty różaniec.
 
13 maja 2000 r. Jan Paweł II beatyfikował w Fatimie Franciszka i Hiacyntę Marto, dwójkę dzieci, którym w 1917 roku objawiała się wielokrotnie Najświętsza Maryja Panna.