W sanktuarium przedmiotem kultu jest figura Matki Bożej Fatimskiej wykonana w Fatimie. Statua z drewna (o wys. 120 cm) wraz z pozłacaną koroną jest darem ruchu maryjnego z Francji i Stanów Zjednoczonych, znanego w świecie pod nazwą Błękitna Armia Maryi. Figurę odebrano w Fatimie 11 października 1985 i w drodze do Polski, w Rzymie, 10 listopada 1985 została poświęcona podczas audiencji przez Jana Pawła II. W Szczecinie, w uroczystość Świętej Bożej Rodzicielki, 1 stycznia 1986, figurę Matki Bożej Fatimskiej intronizował ks. bp Kazimierz Majdański. To właśnie tutaj, Jan Paweł II dokonał pierwszej w Polsce koronacji figury fatimskiej. Miało to miejsce w Szczecinie, na Jasnych Błoniach, 11 czerwca 1987, podczas III pielgrzymki Jana Pawła II do Polski. Po uroczystościach, Pani Fatimska została przewieziona do bazyliki katedralnej i następnie peregrynowała po diecezji. Wreszcie w uroczystość Wniebowzięcia NMP, 15 sierpnia 1988, statua Matki Bożej Fatimskiej została na stałe wyeksponowana w swoim nowo poświęconym Sanktuarium. Autorem projektu marmurowego ołtarza, nadstawy ołtarzowej oraz mandorli wokół Madonny jest Czesław Dźwigaj z Krakowa. Witraże autorstwa szczecińskiego artysty plastyka Brunona Tode przedstawiają sceny związane z historią objawień Tajemnic fatimskich.