Estemirova bị bắt cóc tại nhà của bà ở Grozny, Chechnya ngày 15.7.2009. Theo Tanya Lokshina của văn phòng Tổ chức theo dõi nhân quyền ở Moskva, các kẻ lạ mặt đã bắt cóc Estemirova ở gần nhà của bà tại Grozny vào khoảng 8 giờ 30 sáng. Các đồng nghiệp của bà đã báo động khi thấy bà không tới họp như đã dự định, và họ tới nhà bà, gặp các nhân chứng và hỏi họ.[8] Hai nhân chứng tường trình là họ đã nhìn thấy Estemirova bị đẩy vào trong một xe và la lên là mình bị bắt cóc. Lokshina nói rằng Estemirova đã bị bắt cóc vì bà đang điều tra những vụ vi phạm nhân quyền "cực kỳ nhạy cảm" ở Chechnya. Lokshina nói là Estemirova đã là mục tiêu bị nhắm vì các hoạt động nghề nghiệp của mình. Tổ chức theo dõi nhân quyền đã yêu cầu điện Kremlin và Ramzan Kadyrov thả Estemirova an toàn về nhà.[9]

Vladimir Markin, thư ký báo chí Ủy ban điều tra của Tổng Ủy viên Công tố Nga, cho biết một xác của một phụ nữ với các vết thương đạn ở đầu và ngực đã được tìm thấy lúc 4 giờ 30 chiều trong khu rừng cách xa lộ liên bang "Kavkaz" khoảng 100 mét, gần làng Gazi-Yurt, Ingushetia. Các nhà điều tra tìm thấy các vật dụng thuộc về Estemirova trong ví của người phụ nữ này. Các vật dụng này là một hộ chiếu, một chứng minh thư chuyên gia Chechnya làm việc cho Ủy viên Nhân quyền Nga và giấy ủy nhiệm của Ủy ban giám sát các trại cải tạo công cộng.[10][11]