Nostra Signora di Fátima (in portoghese: Nossa Senhora de Fátima) è uno degli appellativi con cui la Chiesa cattolica venera Maria, madre di Gesù.
Fra le apparizioni mariane, quelle relative a Nostra Signora di Fatima sono tra le più famose. Secondo il loro racconto, tre piccoli pastori, i fratelli Francisco e Giacinta Marto (9 e 7 anni) e la loro cugina Lucia dos Santos (10 anni), il 13 maggio 1917, mentre badavano al pascolo in località Cova da Iria (Conca di Iria), vicino alla cittadina portoghese di Fátima, riferirono di aver visto scendere una nube e, al suo diradarsi, apparire la figura di una donna vestita di bianco con in mano un rosario, che identificarono con la Madonna. Dopo questa prima apparizione la donna avrebbe dato appuntamento ai bambini per il 13 del mese successivo, e così per altri 5 incontri, dal 13 maggio fino al 13 ottobre.
Le apparizioni continuarono per un po' di tempo e furono accompagnate da rivelazioni su eventi futuri, in particolare: la fine della prima guerra mondiale a breve; il pericolo di una seconda guerra ancora più devastante se gli uomini non si fossero convertiti; la minaccia comunista proveniente dalla Russia, debellabile solo mediante la Consacrazione della nazione stessa al Cuore Immacolato di Maria, per opera del Papa e di tutti i Vescovi riuniti. A conferma della promessa fatta ai tre pastorelli dalla Madonna riguardo a un evento prodigioso, il 13 ottobre 1917 molte migliaia di persone, credenti e non credenti, riferirono di aver assistito ad un fenomeno che fu chiamato "miracolo del sole". Molti dei presenti, anche a distanza di parecchi chilometri, raccontarono che mentre pioveva e spesse nubi ricoprivano il cielo, d'un tratto la pioggia cessò e le nuvole si diradarono: il sole, tornato visibile, avrebbe cominciato a roteare su se stesso, divenendo multicolore e ingrandendosi, come se stesse precipitando sulla terra.
I due fratelli Francesco e Giacinta morirono pochi anni dopo, rispettivamente nel 1919 e nel 1920, a causa dell'epidemia di spagnola che in quegli anni fece molte vittime anche in Portogallo. Lucia invece divenne monaca carmelitana scalza, e mise per iscritto nelle sue Memorie gli eventi accaduti a Fatima, così come lei stessa li aveva visti.
Nel 1930 la Chiesa cattolica proclamò il carattere soprannaturale delle apparizioni e ne autorizzò il culto. A Fatima è stato edificato un santuario, visitato per la prima volta da papa Paolo VI il 13 maggio 1967, e in seguito anche da papa Giovanni Paolo II, pontefice molto legato agli avvenimenti del luogo, dove si recò più di una volta in pellegrinaggio. Secondo la dottrina cattolica queste apparizioni appartengono alla categoria delle rivelazioni private.