Tenía diez años cuando vio, por primera vez, a la Virgen María en Cova da Iria, juntamente con sus primos Jacinta y Francisco Marto. Lucía fue la única de los tres pastorcitos que hablaba con la Virgen (Jacinta la veía y la escuchaba, aunque Francisco únicamente la veía, y escuchaba el mensaje por boca de su hermana y su prima) y, como tal, era la portadora del Secreto de Fátima. En los primeros años, la Iglesia católica se mostraba escéptica sobre las afirmaciones de los "Tres Pastorcitos", y fue el 13 de octubre de 1930, trece años después del Milagro del Sol, cuando el obispo de Leiría hizo público que las apariciones de la Virgen eran dignas de crédito. A partir de ahí, el Santuario de Fátima ganó una expresión internacional, mientras que Lucía vivía cada vez más aislada. Durante algunos años vivió en la Quinta da Formigueira en Frossos (Braga), propiedad del obispo de Leiría.