Ngày 23 tháng 12 năm 2016, Fisher trải qua một cơn đau tim trong chuyến bay từ Luân Đôn trong chuyến ký tặng sách tại châu Âu, khoảng 15 phút trước khi hạ cánh tại Sân bay Quốc tế Los Angeles.[16][17] Một hành khách ngồi gần Fisher báo cáo rằng bà đã ngưng thở.[18] Một hành khách khác đã thực hiện hồi sức (CPR) cho bà cho đến khi nhân viên y tế đến hiện trường. Bà được đưa đến Ronald Reagan UCLA Medical Center.[19][20]

Fisher qua đời ngày 27 tháng 12, lúc 8:55 sáng (Múi giờ Thái Bình Dương) tại Los Angeles, hưởng thọ 60 tuổi.[21] Con gái của Fisher, Billie Lourd xác nhận thông tin về cái chết của mẹ mình trong một thông cáo gửi tới truyền thông.[19][22][23] Bà qua đời cùng sự chứng kiến của con gái, mẹ Debbie Reynolds, em trai Todd Fisher, chị em kế Joely Fisher và Tricia Leigh Fisher cùng với chú chó Gary của gia đình.[24][25][26][27][28][29] Vì Fisher không có ngôi sao tại Đại lộ Danh vọng Hollywood, người hâm mộ đã tưởng nhớ bà bằng một ngôi sao mới chưa có tên.[30]