Vương tế Klaus được chẩn đoán là mắt nhiều chứng bệnh khác nhau, chẳng hạn như trầm cảm, ung thư và bệnh Parkinson. Ông qua đời tại Amsterdam vào ngày 06.10.2002 sau một thời gian dài bị bệnh, mất hưởng thọ 76 tuổi. Ông qua đời chưa đầy 4 tháng sau sự ra đời của đứa cháu đầu tiên của mình, Catharina-Amalia của Hà Lan.

Ông được mai táng trong khu mộ của Vương thất ở Delft vào ngày 15 tháng 10. Đó là đám tang nhà nước đầy đủ đầu tiên kể từ khi Nữ vương Wilhelmina qua đời năm 1962.