Zmarła 8 lutego 2007 w Hollywood na Florydzie w wieku 39 lat. Jej śmierć nastąpiła w wyniku wypicia mieszanki leków o podobnym działaniu, głównie uspokajających i nasennych, m.in. diazepamu, klonazepamu, lorazepamu, oksazepamu, wodzianu chloralu, topiramatu. Miała też wysoką, 39-stopniową temperaturę ciała, która była wynikiem zapalenia płuc. Osierociła pięciomiesięczną córkę Dannielynn.
Jej ciało na polecenie sądu zostało zachowane do 20 lutego 2007, czyli do momentu rozstrzygnięcia sprawy o ustalenie ojcostwa jej 5-miesięcznej córki. O prawo opieki nad Dannielynn ubiegało się 5 mężczyzn, w tym jej partner, prawnik Howard K. Stern, z którym była związana w latach 2002–2007. 2 marca 2007 decyzją sądu została pochowana na Bahamach obok syna. 10 kwietnia 2007 testy DNA wykazały, że ojcem dziewczynki jest jednak Larry Birkhead. Zostawiła nieaktualny testament, w którym jedynym spadkobiercą czyniła zmarłego we wrześniu syna Daniela. Cały jej majątek odziedziczyła córka Dannielynn.