Armstrong chết vì đau tim khi đang ngủ vào ngày 6 tháng 7 năm 1971 lúc 69 tuổi,[22] 11 tháng sau khi trình diễn ở một chương trình nổi tiếng tại phòng nhạc Waldorf-Astoria.[23] Ông sống tại Corona, Queens, thành phố New York, lúc ông qua đời.[24] Ông được an táng tại Nghĩa trang Flushing, Flushing, ở Queens, thành phố New York.[25] Tham gia đưa tiễn ông gồm có Bing Crosby, Ella Fitzgerald, Dizzy Gillespie, Pearl Bailey, Count Basie, Harry James, Frank Sinatra, Ed Sullivan, Earl Wilson, Alan King, Johnny Carson và David Frost.[26] Peggy Lee đã hát bài The Lord's Prayer ở đám tang, còn Al Hibbler hát bài "Nobody Knows the Trouble I've Seen" và người bạn lâu năm của ông, Fred Robbins, đọc điếu văn.[27]