Đầu năm Mậu Dần, niên hiệu Bảo Phù thứ 6 (1278), tháng 3, Chiêu Thánh công chúa qua đời, thọ 61 tuổi.[8] Bà qua đời sau gần 1 năm tròn so với Trần Thái Tông (qua đời năm 1277).

Tương truyền, bà về thăm quê Cổ Pháp (Bắc Ninh) thì qua đời tại đó, tóc bà vẫn đen nhánh, môi vẫn đỏ như son, má vẫn tươi như hoa đào.[9] Bà được táng ở bìa rừng Báng, phía tây Thọ Lăng Thiên Đức. Bà được người đời sau lập đền thờ, gọi là Long miếu (đền Rồng). Sở dĩ Chiêu Hoàng không được thờ chung tại đền Đô mà phải thờ riêng vì bà là người bị xem là có tội với dòng họ Lý khi để mất nhà Lý.[9]

Sách Việt sử tiêu án có chép lại thuyết dân gian rằng bà đã nhảy hồ tự sát. Nguyên văn: "Bà Chiêu Thánh mất. Bà đã bị giáng là Công chúa, rồi gả cho Phụ Trần, khi ấy mất đã 61 tuổi. Hiện nay ở tỉnh Bắc Giang, có đầm Minh Châu, giữa đầm có phiến đá to, người ta truyền lại rằng: Bà Chiêu Thánh cắp hòn đá nhảy xuống đầm mà chết, trên bờ đầm có miếu Chiêu Hoàng. Đó là thổ dân nơi đó bênh vực hồi mộ cho bà Chiêu Hoàng mà đặt ra thuyết ấy."

Đền thờ của bà hiện nay tại Đình Bảng, thị xã Từ Sơn, (tỉnh Bắc Ninh), còn gọi là Đền Rồng. Tháng 1 năm 2009, đền được nhà nước Việt Nam công nhận là di tích lịch sử cấp tỉnh. Tháng 4 năm 2009, đền đã bị đập bể hoàn toàn để chuẩn bị xây dựng mới, gây đau lòng cho người dân.[10]

Nhà thơ Tản Đà có bài thơ Vịnh Lý Chiêu Hoàng như sau:

Quả núi Tiên Sơn có nhớ côngMà em đem nước để theo chồngẤy ai khôn khéo tài dan díuNhững chuyện hoa tình có biết không?Một gốc mận già[11] thôi cũng phảiHai trăm năm lẻ thế là xongHỏi thăm sư cụ chùa Chân Giáo[12]Khách khứa nhà ai áo mũ đông.