Hoewel Juan Diego bekend staat om zijn rol in de Mariaverschijningen, is er geen bewijs of traditie dat hij zelf wonderen heeft verricht. De aan hem toegeschreven wonderen houden verband met de gebeurtenissen rond de verschijningen, waaronder:
1. De Tilma van Juan Diego: Het bekendste wonder dat verband houdt met Juan Diego is het beeld van de Maagd Maria dat tijdens een van de verschijningen op wonderbaarlijke wijze op zijn tilma of mantel werd gedrukt. De tilma, gemaakt van cactusvezels van slechte kwaliteit en na verloop van tijd uiteen had moeten vallen, is intact gebleven en vertoont geen tekenen van bederf of vervaging.
2. Genezing van Juan Bernardino: De oom van Juan Diego, Juan Bernardino, was ernstig ziek en stond op de rand van de dood toen Juan Diego de Maagd Maria ontmoette tijdens de derde verschijning. De Maagd droeg hem op enkele bloemen te nemen die ze hem aan Bernardino had laten zien, en toen Bernardino de bloemen aanraakte, werd hij onmiddellijk genezen.
Deze gebeurtenissen, die plaatsvonden in de context van de Mariaverschijningen van Juan Diego, worden als wonderbaarlijk beschouwd en hebben een belangrijke rol gespeeld in de toewijding aan de Maagd van Guadalupe en de heiligverklaring van Juan Diego.