Năm 1975, Sĩ Phú rời Việt Nam định cư tại Hoa Kỳ. Ông đã tốt nghiệp ngành kỹ sư viễn thông và làm việc toàn thời gian cho một công ty Mỹ. Người chung đường đời với ông lúc bấy giờ là ca sĩ Uyên Ly.[1]

Tại hải ngoại, ông đã đi lưu diễn ở nhiều nơi tại Canada, Úc, Pháp, Bỉ... Sau đó, trong khoảng 10 năm, Sĩ Phú hầu như không tham gia các hoạt động văn nghệ. Năm 2000, trong cuộc phỏng vấn bởi Nam Lộc trên đài Truyền hình Văn nghệ Việt Nam, ông cho biết vì "biến cố" con gái ông mất năm 1983, nên ông sinh ra chán nản và "bỏ nghề không muốn hát nữa, vì không thể nào hát nổi khi trái tim đã bị rướm máu."[2] Đến năm 1995, ông mới tái xuất hiện trên một chương trình do trung tâm Trường Thanh sản xuất và xuất bản hai CD của ông (Tà áo xanh và Trái tim hững hờ).

Ông mất ngày 19 tháng 7 năm 2000 tại bệnh viện UCI, nam California do ung thư phổi. Trước đó ba tuần, Sĩ Phú đã cho ra mắt CD cuối cùng của mình là Còn chút gì để nhớ tại vũ trường Majestic, ở nam California.

Người bạn tri kỷ cuối đời của ông là Ngọc Lan (không phải ca sĩ Ngọc Lan). Sau khi ông qua đời, Ngọc Lan đã gom góp những kỷ niệm viết thành hồi ký Biết bao giờ nguôi[3] mà theo BBC: "Đó có thể nói là một sự trải nghiệm ngợi ca lòng can đảm, tình nghĩa vợ chồng sắt son và trên hết là tình yêu thương cao cả của con người với nhau, cho nhau và vì nhau."