Tháng 7/2006, tượng đài opera quốc tế opera thế giới phải phẫu thuật tại New York vì ung thư tuyến tụy. Ông ra viện ngày 25 tháng 8, sau hơn 2 tuần điều trị vì sốt cao. Khi đó, người quản lý Pavarotti, ông Terri Robson tuyên bố thân chủ không bị viêm phổi như báo chí đưa tin. Lần này, ông không phủ nhận thông tin Pavarotti hôn mê và yếu dần.

Ngày 6 tháng 9, nam danh ca được ví là "Vầng mặt trời" của âm nhạc Italy và thế giới này đã về cõi vĩnh hằng tại nhà riêng ở Modena, miền bắc Italia. Ông thọ 71 tuổi.

Lúc ấy, các nhà chức trách đã lên kế hoạch tổ chức tưởng nhớ ông thật lớn. Tang lễ của ông được cử hành tại nhà thờ chính tòa Modena, với những màn hình TV khổng lồ được đặt bên ngoài nhà thờ, nơi Thủ tướng Italia Romano Prodi và các danh nhân khác sẽ dự tang lễ. Vài giờ sau khi danh ca qua đời, trang web của thành phố Modena đã đưa thông tin về kế hoạch sử dụng dịch vụ giao thông công cộng để giúp những vị khách đến viếng ông được thuận lợi.