مادر فاطمه، ام اسحاق ـ دختر طلحه، همسر قبلی امام حسن (علیه السلام) ـ بود (مفید، 1413ق، ج۲، ص۴۹۱؛ ابنسعد، 1215ق، ج۳، ص۲۱۴) وی، به احتمال قوی، در سال ۵۱ قمری به دنیا آمده است (ریشهری، 1394ش، ج۱، ص۳۵۱) او را بزرگترین دختر امام حسین (علیه السلام) دانستنهاند (طبری، 1436ق، ج۵، ص۴۶۴؛ ابن اثیر، 1385ش، ج۴، ص۸۶)
فاطمه از ازدواج با پسر عمویش، حسن مثنی، چهار فرزند به نامهای عبدالله، ابراهیم، حسن و زینب داشت و از همسر دومش، عبدالله بن عمرو بن عثمان، دارای سه فرزند به نامهای محمد دیباج، قاسم و رقیه بود (مزی، 1985م، ج۳۵، ص۲۵۶؛ بیهقی، 1410ق، ج۱، ص۳۸۵؛ ابن قتیبه الدینوری، 1407ق، ص۱۹۹) بیشتر فرزندان و نوادگان وی، در مبارزه با خلفای بنیعباس به شهادت رسیدند یا زندانی شدند (طبری، 1436ق، ج۷، ص۵۳۶) فاطمه را ثقه، و از طبقه چهارم راویان دانستهاند (ابن حجر عسقلانی، ج۲، ص۶۵۷)
گفته شده فاطمه دختر امام حسین (علیه السلام)، حدود سال ۱۱۷ قمری، در مدینه درگذشته و در بقیع دفن شده است (ابن جوزی، 1412ق، ص۲۵۱؛ ابوسعیده، 2004م، ص96) همچنین برخی از مورخان، بدون اشاره به تاریخ وفات، گفتهاند او در هنگام وفات، نود سال داشته است (ابنحِبّان، 1973م، ج۵، ص۳۰۱) نیز گفتهاند وی در زمان خلافت هشام بن عبدالملک (حکومت: ۱۰۵-۱۲۵ق.) درگذشت (ابن عساکر، 1421ق، ج۷۰، ص۱۷) قبری در قبرستان بابالصغیر، به وی منسوب است (خامهیار، 1390ش، ص۸۷-۱۲۶)