Ngày 12 tháng 9 năm 1907, Thành Thái bị đưa đi quản thúc ở Bạch Dinh, Cap Saint Jacques (Vũng Tàu ngày nay). Đến nǎm 1916 ông bị đày ra đảo Réunion cùng với con trai là vua Duy Tân.

Ông cùng gia đình thuê một căn nhà ở thành phố Saint Denis tại đảo Réunion. Thành Thái và Hoàng phi Chí Lạc dạy các con tiếng Việt và cả những nhạc cụ dân tộc như đàn cò, sáo... Ông tự phân công cho tất cả những người con từ nhỏ đến lớn đảm nhận công việc trong gia đình. Các công chúa phụ mẹ việc bếp núc, làm vườn. Các hoàng tử, người thì làm cận vệ cho Thành Thái, người đảm nhận lo phần trầu cau, điểm tâm sáng, người phụ dọn dẹp nhà cửa...

Khác với vua Hàm Nghi khi bị đày ở Algerie trước đó, cuộc sống của cha con cựu hoàng Thành Thái khá chật vật. Già cả ốm đau, con cái nheo nhóc, ông hoàng Bửu Lân nhiều lần bị chủ nhà đòi tiền thuê nhà, chủ nợ đòi nợ. Năm 1925, vua Khải Định biết tình cảnh ông, đã trích ngân sách gửi sang cho ông 1.000 đồng, rồi sau thỉnh thoảng lại cho tiền. Sau khi Khải Định mất, không còn khoản tiền đó nữa, nên ngày 21 tháng 9 năm 1935, Bửu Lân phải viết thư gửi vua Bảo Đại xin nhà nước Bảo hộ Pháp cho một khoản tiền để mua nhà, "hễ hết đời" ông thì nhà nước sẽ thu lại.

Đầu tháng 5 năm 1945 (sau khi vua Duy Tân mất), nhờ sự vận động của con gái và con rể của ông, vợ chồng luật sư Vương Quang Nhường, cựu hoàng Thành Thái mới được cho về Việt Nam. Ông cùng gia đình sống ở Villa Anna tại Cap Saint Jacques (Vũng Tàu ngày nay).

Tháng 3 năm 1953, ông được phép về Huế thăm lăng tẩm cha mẹ.

Ông mất ngày 20 tháng 3 năm 1954 tại Sài Gòn và được an táng tại khuôn viên thành An Lăng (lăng Dục Đức) tại xã An Cựu, huyện Hương Thủy, tỉnh Thừa Thiên, thọ 75 tuổi.