Ngày 25 tháng 3 năm 1975, Quốc vương Faisal bị người cháu tên là Faisal bin Musaid (con của em trai khác mẹ) bắn chết, nhân vật này mới từ Hoa Kỳ về nước. Vụ ám sát xảy ra tại một majlis, là một sự kiện khi quốc vương hoặc thủ lĩnh mở cửa dinh thự của mình cho công dân vào và dâng kiến nghị.[50]

Trong phòng chờ, Hoàng tử Faisal bin Musaid nói chuyện với các đại biểu Kuwait đang chờ yết kiến Quốc vương Faisal.[51] Khi người cháu trai này đến ôm mình, Quốc vương Faisal nghiêng người để hôn cháu theo phong tục truyền thống. Đúng lúc này, Hoàng tử Faisal bin Musaid lấy súng lục và bắn người bác. Phát đạn đầu tiên trúng vào cằm còn phát đạn thứ hai xuyên qua tai Quốc vương Faisal.[51] Một vệ sĩ dùng kiếm vẫn trong bao để đánh Hoàng tử Faisal bin Musaid.[51] Bộ trưởng Dầu mỏ Zaki Yamani nhiều lần thét lên rằng không được giết hoàng tử.[51]

Quốc vương Faisal nhanh chóng được đưa đến một bệnh viện.[51] Ông vẫn còn sống khi các bác sĩ xoa bóp tim và truyền máu cho ông.[51] Các nỗ lực của bác sĩ không thành công, và Quốc vương Faisal mất ngay sau đó. Cả trước và sau vụ tấn công, vị hoàng tử sát thủ đều được thuật lại là bình tĩnh.[51] Sau vụ việc, Riyadh dành ba ngày để tang, toàn bộ các hoạt động của chính phủ bị đình chỉ.[51]

Một thuyết về vụ ám sát là để báo thù cho cái chết của Hoàng tử Khalid bin Musaid, anh trai của Hoàng tử Faisal bin Musaid. Quốc vương Faisal tiến hành các cải cách hiện đại và thế tục, dẫn đến việc lắp đặt truyền hình và điều này gây ra các cuộc kháng nghị bạo lực, một trong số đó do Hoàng tử Khalid dẫn đầu. Hoàng tử Khalid tấn công một đài truyền hình vào năm 1966, và bị một cảnh sát bắn chết.[52]

Hoàng tử Faisal bin Musaid bị bắt ngay sau vụ việc, ban đầu người này được tuyên bố chính thức là bị điên, song sau đó một ban hội thẩm của các chuyên gia y tế Ả Rập Xê Út nhận định rằng người bình thường khi bắn quốc vương. Toà án tôn giáo cấp cao kết án vị hoàng tử này phạm tội thí quân và kết án tử hình. Hoàng tử Faisal bin Musaid bị chặt đầu tại quảng trường công cộng tại Riyadh.[51] Vụ hành quyết công khai diễn ra vào ngày 18 tháng 6 năm 1975 trước đám đông hàng nghìn người.

Thi thể của Quốc vương Faisal được an táng tại nghĩa trang Al Oud thuộc Riyadh vào ngày 26 tháng 3 năm 1975.[53][54] Người kế vị ông là Quốc vương Khalid khóc than trên di hài trong tang lễ.[55]