براساس منابع تاریخی و روایات مأثوره، محل دفن آن حضرت احتمالاً در یکی از سه نقطه زیر است:

براساس روایت "ابن شبه" در "تاریخ المدینه"، قبر حضرت فاطمه(س) در قبرستان بقیع و در گوشه خانه «عقیل بن ابی طالب» است. این خانه در وسط قبرستان بقیع و همان جایی که امروز قبر عقیل است قرار داشته است. بسیاری از بنی هاشم در اطراف یا داخل این خانه مدفون شده‌اند. خانه او در نزدیکی قناتی بوده و قبر حضرت فاطمه(س) بر اساس روایات ابن شبه در مدخل خروجی کوچه‌ای بین «خانه عقیل» و «خانه نبیه» قرار داشته که بین قبر و قنات مورد نظر ۲۳ ذراع (یازده متر) فاصله بوده است.

عده‌ای از مؤرخان گفته‌اند قبر حضرت فاطمه(س) در خانه ایشان قرار دارد. "ابن شبه" و "سمهودی" نیز روایاتی در این مورد ارائه کرده‌اند. از جمله سمهودی در جایی که از وصیت حضرت فاطمه(س) به علی(ع) سخن می‌گوید؛ که ایشان از علی(ع) در لحظات احتضار خواستند تا فرش خانه را برداشته و محلی را برای دفن ایشان آماده سازد.

عده‌ای چون "ابوالفتوح رازی"، "ابن جبیر" و "ابن شهر آشوب" نیز روایت کرده‌اند که قبر فاطمه(س) در محل روضة النبی(ص) یعنی فاصله بین منبر و مرقد پیامبر قرار دارد که این نظر نیز مؤید نظر دوم است، زیرا به اعتقاد شیعه، منزل حضرت فاطمه(س) جزء روضة النبی(ص) محسوب می‌گردد. پس می‌توان این نظر را با نظر دسته دوم که محل دفن را در خانه می‌دانند یکی دانست.

شیخ طوسی و شیخ صدوق، دو تن از عالمان بزرگ شیعه، پس از بررسی مجموع روایات و اسناد اظهار داشته‌اند که محل قبر دخت مظلوم رسول خدا(ص) در منزل خود یعنی پشت مرقد مطهر پیامبر(ص) قرار دارد. این محل با بقعه‌ای کوچک مشخص و در قسمت جنوبی آن نیز محرابی به نام «محراب فاطمه(س)» وجود دارد که آن محراب در جنوب «محراب التهجد» واقع است؛ این مکان امروزه داخل ضریح و حجره بوده و قابل رؤیت نیست. به نظر می‌رسد این احتمال از سایر احتمالات صحیح‌تر و قوی‌تر باشد؛ زیرا بعید است با توجه به فاصله نسبتاً زیاد بین خانه فاطمه(س) و بقیع و اینکه ایشان وصیت کرده بودند تا هیچ کس از محل دفن و مراسم تشییع او با خبر نشود، علی(ع) ایشان را از این مسافت عبور داده و در بقیع به خاک سپرده باشد؛ لذا معقول‌تر آن است که برای رعایت این امر و مخفی نگاه داشتن تشییع و مراسم خاکسپاری، آن مظلومه را در منزل خود به خاک سپرده باشند.