Mao Trạch Đông qua đời ngày 9 tháng 9 năm 1976, 10 phút sau nửa đêm ở thủ đô Bắc Kinh.

Mao mất vì bệnh xơ cứng teo cơ (tên khoa học: amyotrophic lateral sclerosis), ở Hoa Kỳ bệnh này thường được gọi là Lou Gehrig's hoặc Motor Neurone, cùng một căn bệnh với Stephen Hawking. Sức khỏe của Mao Trạch Đông đã rất kém trong nhiều năm và suy giảm rất rõ rệt trong thời gian vài tháng trước khi qua đời. Thi hài ông được an táng tại Đại lễ đường nhân dân. Lễ tưởng niệm ông cử hành vào ngày 18 tháng 9 năm 1976 tại quảng trường Thiên An Môn. Trong lễ tưởng niệm có 3 phút mặc niệm. Sau đó thi hài Mao được đặt trong Lăng Mao Trạch Đông, mặc dù ông muốn được hỏa táng và là nhà lãnh đạo cấp cao đầu tiên ký văn bản chính thức vào tháng 11 năm 1956 quy định tất cả những người lãnh đạo cấp trung ương sau khi chết sẽ được an táng theo nghi thức hỏa táng.