På bilder syns påven och María Corina Machado, mottagare av Nobels fredspris, skaka hand och samtala i påvens privata bibliotek.
Besöket tycks oväntat; åtminstone hade det inte kommunicerats på förhand. Inte heller efter mötet delger Vatikanen några detaljer från sammanträdet, skriver flera medier.
Machado tog emot fredspriset i Oslo i december, men efter det har det varit okänt var hon befunnit sig.
Audiensen i Vatikanen sker samma dag som Italiens utrikesminister meddelar att två italienska medborgare har släppts från fångenskap i Venezuela och är på väg hem.
Sedan i förra veckan har totalt 116 politiska fångar i Venezuela släppts, uppger venezuelanska myndigheter på måndagen.