Theo những gì mà người thân của Thạch Lam kể lại, mặc dù cao tới 1m70, vượt trội hơn khá nhiều chiều cao trung bình của người Việt thời đó, nhưng sức khỏe của Thạch Lam lại rất không tương xứng với chiều cao của ông. Có thể nói, ông thuộc dạng thể chất yếu. Vì thế mà ông rất năng chơi thể thao (ông chơi tennis vào loại khá) và có thời kỳ, ông cùng người anh rể tương lai tên gọi Nguyễn Kim Hoàn đi học võ nghệ.

Một tuổi thơ nhọc nhằn cộng với cuộc sống lao lực vì miếng cơm manh áo đã làm Thạch Lam sớm mắc căn bệnh lao phổi, một căn bệnh nan y thời bấy giờ. Ông mất tại "nhà cây liễu" vào ngày 27 tháng 6 năm 1942[7], lúc mới 32 tuổi, khi đang còn trong độ tuổi rực rỡ trên văn đàn.

Ông ra đi để lại người vợ trẻ cùng với ba đứa con thơ trong cảnh nghèo. Gia đình đã an táng ông nơi nghĩa trang Hợp Thiện, nay thuộc quận Hai Bà Trưng, Thành phố Hà Nội.