Năm 1973 Hayward được chẩn đoán là bị ung thư não. Ngày 14.3.1975, bà bị tai biến mạch máu não tại ngôi nhà của bà ở Beverly Hills và qua đời ở tuổi 57[10]. Tang lễ của Hayward được cử hành ngày 16.3.1975 tại nhà thờ Công giáo Đức Mẹ hằng Cứu giúp ở Carrollton. Bà được mai táng ở nghĩa trang Đức Mẹ hằng Cứu giúp, bên cạnh người chồng thứ hai, Floyd Eaton Chalkley.[11]

Có sự suy đoán rằng có thể Hayward đã bị ung thư do bụi phóng xạ từ các cuộc thử bom nguyên tử [12] khi bà đóng phim The Conqueror chung với John Wayne. Nhiều thành viên trong đoàn làm phim này, kể cả John Wayne, Agnes Moorehead và Pedro Armendáriz, sau này đều chết vì chứng ung thư và những bệnh liên quan tới ung thư[13].

Susan Hayward có một ngôi sao trên Đại lộ danh vọng Hollywood ở 6251 Đại lộ Hollywood[14].