Na aparição de agosto, Nossa Senhora de Fátima indicou aos pastorinhos o desejo de que fosse erguida uma capela em Sua homenagem. Quando Lúcia perguntou-Lhe o que gostaria que fosse feito com o dinheiro que os peregrinos deixavam na Cova da Iria, a Virgem disse: “Façam dois andores: um, leva-o tu com a Jacinta e mais duas meninas vestidas de branco; o outro, que o leve o Francisco com mais três meninos. O dinheiro dos andores é para a festa de Nossa Senhora do Rosário e o que sobrar é para a ajuda duma capela que hão-de mandar fazer” (Memórias da Irmã Lúcia, pág 178).
O pedido foi reforçado em 13 de outubro, a última aparição de Nossa Senhora na Cova da Iria: “Quero dizer-te que façam aqui uma capela em Minha honra, que sou a Senhora do Rosário, que continuem sempre a rezar o terço todos os dias” (págs 180 e 181).
Um ano e meio depois, em 28 de abril de 1919, começou a construção da capelinha em Fátima. A estrutura foi erguida no exato local onde a Virgem era vista pelos pastorinhos Lúcia, Jacinta e Francisco, na Cova da Iria
A obra levou cerca de dois meses, sem qualquer apoio da Igreja, que ainda não confiava na veracidade das aparições, e os próprios fieis se encarregaram da construção. A casinha tinha só 15 m² e era muito modesta, mas transbordava devoção. A inauguração aconteceu em 15 de junho, numa cerimônia bastante simples. Somente em 13 de outubro de 1921 foi permitida oficialmente a realização de missas na capela.
Hoje, a construção é o centro do santuário em Portugal que recebe milhares de pessoas que desejam viver a experiência de Fátima e em busca das graças de Nossa Senhora.