Lúc qua đời vào năm 1903, Alois có để lại một khoản trợ cấp. Klara bán căn nhà ở Leonding, cùng các con Adolf và Paula chuyển đến một căn hộ ở Linz, sống một cuộc sống đạm bạc.

Năm 1906, Klara Hitler thấy ngực mình có khối u ở vú nhưng không mảy may để tâm đến. Chỉ sau phải trải qua hàng đêm dài trằn trọc thao thức vì những cơn đau ngực, bà mới gạn hỏi bác sĩ gia đình Eduard Bloch (lúc đó là tháng 1 năm 1907). Theo như những gì bà kể lại thì là do bà quá bận rộn chăm lo cho gia đình nên không tìm đến các phương pháp hỗ trợ y tế. Bloch không trực tiếp thông báo cho Klara biết về bệnh ung thư vú mà muốn để Adolf Hitler nói cho mẹ biết. Bloch cũng nói với Adolf rằng cơ hội qua khỏi của người mẹ rất thấp và nên thực hiện phẫu thuật cắt bỏ ngực. Gia đình nhà Hitler đều bị sốc khi biết được tin này. Theo lời Bloch thì Klara Hitler "chấp nhận lời nhận định của tôi đúng như tôi tiên liệu – với sự kiên cường. Là một người mộ đạo, Klara cho rằng số phận của mình là ý nguyện của Chúa. Và không nghĩ đến chuyện ca thán."[1] Phẫu thuật cắt bỏ vú được tiến hành tại Sisters of St. Mercy ở Linz. Bác sĩ phẫu thuật Karl Urban phát hiện ra ung thư đã di căn đến mô màng phổi trong ngực bà. Bloch thông báo cho các con của Klara biết rằng tình hình đã đến giai đoạn cuối. Lúc đó Adolf dành gần như toàn bộ thời gian tại Viên để theo học mỹ thuật, nhưng rồi phải về nhà để chăm sóc mẹ, các anh chị em khác cũng vậy. Đến tháng 10, tình trạng của Klara Hitler tụt dốc một cách nhanh chóng; Adolf van nài Bloch hãy thử một phương pháp trị liệu khác. 46 ngày tiếp theo (từ tháng 11 đến đầu tháng 12), Bloch thực hiện các phương pháp điều trị hàng ngày bằng iodoform, một hình thức hóa học thử nghiệm vào thời đó. Các vết mổ do cắt bỏ ngực của Klara Hitler được mở ra; một lượng lớn các băng gạc tẩm iodoform được đắp lên các mô tế bào nhằm "đốt" các tế bào ung thư. Các phương pháp điều trị này vô cùng đau đớn, khiến cổ họng của Klara bị tê liệt, khiến bà không thể nuốt trôi.[1][2]

Rốt cuộc, các phương pháp trên đều vô ích. Klara Hitler qua đời tại nhà riêng ở Linz do tác dụng phụ y tế độc hại của iodoform vào ngày 21 tháng 12 năm 1907.[3] Klara được chôn cất tại Leonding gần Linz.