A pocos días de su muerte, se reunieron numerosos testimonios sobre su vida y virtudes. En 1634 se presentó a Roma la causa de beatificación. La beatificación se realizó en el Convento Dominico de Santa Sabina en Roma, en 1668. Fue canonizada por Clemente X el 12 de abril de 1671, proclamándola por "Principal Patrona del Nuevo Mundo". En Lima, Roma, España y todos los países de América y Europa, se celebraron fiestas suntuosas en honor de la primera santa natural de América.
Los pontífices en sus respectivas bulas la proclamaron santa con el nombre de "Rosa de Santa María", y que posteriormente hubo de convertirse en Rosa de Lima, nombre toponímico común a muchos santos en el orbe cristiano.
La tradición cuenta que el papa Clemente X, luego de oír los argumentos sobre su canonización dijo: "¡Hum! ¡Patrona y Santa! ¿Y Rosa? que llueva flores sobre mi escritorio si es verdad"15, y la respuesta al instante fue una fragante lluvia de rosas sobre la mesa del papa quien en ese momento procedió a la canonización.
