Rạng sáng ngày 19 tháng 6 năm 2016, bạn bè phát hiện Yelchin chết giữa chiếc xe Jeep Grand Cherokee đời 2015 của anh và cột gạch dùng để làm hộp thư bên ngoài nhà của anh trong khu Studio City, California. Tai nạn này được xem là hi hữu.[26] Yelchin ra khỏi xe khi đang bên trong lối ra vào xe của ngôi nhà thì chiếc xe lăn ngược về phía sau đụng anh và anh bị kẹt giữa chiếc xe và cột gạch hộp thư cùng hàng rào an ninh.[27] Anh được tuyên bố là đã chết ngày hôm đó.[28]

Văn phòng Sở pháp y quận Los Angeles tìm ra nguyên nhân cái chết của anh là do bị chấn thương nặng vùng ngưc và cho biết thêm là "không có bất cứ nghi vấn gì khác quanh vụ việc."[29] Chiếc xe Jeep của anh nằm trong số các kiểu xe Fiat Chrysler được thông báo thu hồi vì lỗi hộp số có thể dẫn đến việc xe có thể lăn ngược bất chợt. Trong lúc thông báo thu hồi mới bắt đầu đưa ra (trước khi Yelchin chết) thì chưa có chiếc xe nào nằm trong danh sách thu hồi được sửa chữa.[30]