La grande basilique de la Sainte Trinité construite en raison du manque de place pour accueillir les pèlerins (lors des grands pèlerinages ou de services religieux certains jours de fêtes), se trouve en face du sanctuaire principal. Un peu plus loin, à l'extrémité du périmètre du sanctuaire, se trouve le Centre Pastoral Paul VI, construit en 1982 et offrant plus de 2 000 places dans son amphithéâtre, ainsi que de nombreuses salles de réunion et des chapelles.

La basilique de la Sainte Trinité, structure de 40 000 m2 et près de 9 000 places est la quatrième plus grande église catholique dans le monde (en capacité). Les travaux débutent en 2004, et l'église est inaugurée le 12 octobre 2007 par le secrétaire d’État du Vatican le cardinal Tarcisio Bertone, à l'occasion du 90e anniversaire des apparitions de Fátima. Le décor est inspiré par l'art byzantin et orthodoxe. Le bâtiment a 12 portes secondaires (dédiée chacune à l'un des 12 apôtres) et une grande porte centrale, la porte du Christ. Plusieurs petites chapelles sont intégrées dans cette construction. En 2012, l'église est élevée au rang de basilique mineure.