Nałogowo paliła papierosy. W listopadzie 2011 Szymborska przeszła poważną operację. Zmarła 1 lutego 2012 w czasie snu w swoim mieszkaniu przy ulicy Piastowskiej w Krakowie. Przyczyną śmierci był rak płuc, tak jak w przypadku jej partnera Kornela Filipowicza 22 lata wcześniej. Informację o śmierci Szymborskiej przekazał jej sekretarz Michał Rusinek. Pogrzeb poetki odbył się 9 lutego 2012. Zgodnie z jej wolą urna z prochami została złożona w grobie rodzinnym na cmentarzu Rakowickim (kwatera GD-10-10). Pogrzeb miał charakter świecki.
Życie prywatne Szymborska była ateistką. Nie miała dzieci. W kwietniu 1948 wyszła za mąż za poetę Adama Włodka, zamieszkali w Domu Literatów przy ul. Krupniczej 22. Klimat środowiska miał inspirujący wpływ na twórczość poetki. Z mężem rozwiodła się w 1954 r. Od października 1967 r. była związana z pisarzem Kornelem Filipowiczem aż do jego śmierci w 1990 r. (nie łączyły ich jednak nigdy związek małżeński ani wspólne mieszkanie). Filipowicz cieszył się autorytetem i wychowywał młodych pisarzy.