La fama de martirio de José Sánchez del Río se extendió rápidamente entre el pueblo de Dios desde el momento de su muerte, debido a la firmeza de su fe y la gran fortaleza con la que enfrentó las torturas y la muerte. Esta fama se ha mantenido viva por generaciones, convirtiendo el lugar de su martirio y donde reposan sus restos mortales en un destino de peregrinación.
El proceso para su canonización siguió varias etapas:
Beatificación
En septiembre de 1995, el Episcopado Mexicano dio su aprobación para iniciar la Causa de Canonización de José Sánchez del Río. Se estableció una Comisión de Peritos Históricos y de Archivística y se publicó el decreto de apertura de la Investigación diocesana. Durante este tiempo, se realizó una nueva exhumación y tratamiento de sus restos mortales. La fase diocesana de la Causa concluyó el 25 de octubre de 1996.
La Congregación para las Causas de los Santos reconoció la validez jurídica de la investigación diocesana el 29 de noviembre de 2002. Por razones prácticas, el Obispo de Zamora solicitó que la Causa de José Sánchez del Río se uniera a la de los mártires Anacleto González Flores y sus siete compañeros. Esta unión fue autorizada por la Congregación el 22 de octubre de 2003.
José Sánchez del Río, junto con Anacleto González Flores y sus compañeros mártires, fue beatificado el 20 de noviembre de 2005 en Guadalajara, Jalisco, México.
Canonización
El 10 de julio de 2013, la Causa del Beato José Sánchez del Río fue separada de la de los otros mártires con quienes había sido beatificado, ya que a él se le atribuyó una presunta curación milagrosa.
El 4 de septiembre de 2013, se estableció en Zamora el Tribunal diocesano para investigar canónicamente la supuesta curación milagrosa de una niña. Esta niña padecía de «tuberculosis pulmonar con localizaciones infartuales intracerebrales bilaterales secundarias, epileptógenas (estado de mal epiléptico refractario)». La investigación concluyó el 30 de enero de 2015, y la Congregación para las Causas de los Santos reconoció su validez jurídica el 16 de octubre del mismo año.
El 21 de diciembre de 2015, la Consulta Médica dictaminó por unanimidad la inexplicabilidad científica de la curación. El Congreso de Consultores Teólogos también emitió un dictamen positivo el 12 de enero de 2016. Finalmente, los Cardenales y Obispos, reunidos en Sesión Ordinaria el 19 de enero de 2016, consideraron la curación como un verdadero milagro atribuible a la intercesión del Beato.
El Santo Padre Francisco, el 21 de enero de 2016, autorizó a la Congregación para las Causas de los Santos a promulgar el decreto sobre el milagro. José Sánchez del Río fue canonizado el 16 de octubre de 2016 por el Papa Francisco.