Tháng 2 năm 2004, Triệu Tử Dương đã bị viêm phổi khiến ông phải nằm viện ba tuần. Triệu Tử Dương một lần nữa phải vào viện vì bệnh phổi ngày 5 tháng 12 năm 2004. Các thông báo về cái chết của ông đã bị chính thức bác bỏ đầu tháng 1 năm 2005. Sau đó, vào ngày 15 tháng 1, ông được thông báo đang trong tình trạng hôn mê sau nhiều cơn tai biến. Theo nhà hoạt động Frank Lu, Phó Chủ tịch nước Tăng Khánh Hồng đã tới thăm Triệu Tử Dương trong bệnh viện. Triệu Tử Dương mất ngày 17 tháng 1 tại một bệnh viện ở Bắc Kinh lúc 07:01 ở tuổi 85. Hiện người vợ thứ hai của ông, Liang Boqi, đang sống cùng năm người con (một gái và bốn trai).

Phản ứng của Chính phủ trước cái chết của Triệu Tử Dương là một sự im lặng đáng kinh ngạc, có lẽ vì sợ rằng những lễ tang với đông người tham gia sẽ dẫn tới những cuộc phản kháng khắp quốc gia như đã từng xảy ra sau cái chết của Chu Ân Lai và Hồ Diệu Bang. Tân Hoa Xã cơ quan thông tin chính thức của chính phủ thông báo "Triệu Tử Dương đã mất ở tuổi 85" ở phần tin tiếng Anh của họ,[1] trong khi tiêu đề bằng tiếng Trung Quốc viết "Đồng chí Triệu Tử Dương đã chết." Bản tin không đề cập tới bất kì danh hiệu chính thức nào của ông. Đây được coi là một điều bất thường, bởi những người ở chức vụ thấp hơn ông cũng không bị tước danh hiệu, như nhà cách mạng vĩ đại, được nhân dân yêu mến, vân vân. Cái chết của Triệu Tử Dương không được đề cập tới trên các chương trình TV và đài phát thanh nhà nước. Tất cả báo chí Trung Quốc đều có cáo phó dài 59 từ như nhau ngày hôm sau, khiến dân chúng chỉ có thể biết chi tiết qua Internet. Các Diễn đàn Internet, như Strong Nation Forum và Sina.com tràn ngập những bức thư thể hiện sự chia buồn, nhưng chúng nhanh chóng bị những người quản lý xoá bỏ, khiến các quản lý bị tấn công vì hành động đó.

Tại Hồng Kông, 10.000–15.000 đã tham dự buổi lễ đốt nến tưởng niệm Triệu Tử Dương. Những người dân lục địa như Chen Juoyi đã nói rằng các nhà lập pháp Hông Kông không được phép tham gia bất kì buổi lễ vĩnh biệt nào, tuyên bố "... theo quy tắc 'một đất nước, hai chế độ' một nhà lập pháp Hồng Kông không thể quan tâm tới bất kì điều gì về lục địa Trung Quốc." Lời nói trên đã gây ra một cơn bão chính trị ở Hồng Kông kéo dài tới ba ngày sau đó. Tư Đồ Hoa, chủ tịch Liên minh Hồng Kông hỗ trợ các phong trào dân chủ yêu nước tại Trung Quốc, đã nói rằng việc những người Cộng sản đàn áp buổi lễ tưởng niệm là sai lầm. Hai mươi bốn nhà lập pháp thuộc liên minh dân chủ đã chống đối vị chủ tịch Hội đồng lập pháp Hồng Kông, nhấn mạnh rằng an ninh đã được tăng cường tại Quảng trường Thiên An Môn và tại nhà Triệu Tử Dương, và rằng chính quyền đang tìm cách ngăn chặn bất kỳ buổi lễ bày tỏ sự đau buồn nào của dân chúng.

Những buổi lễ tưởng niệm tương tự cũng được tổ chức trên khắp thế giới, đáng chú ý nhất là tại Thành phố New York và Washington, DC với sự tham gia của các quan chức chính phủ Mỹ và những người bất đồng chính trị.

Các chức danh của Triệu Tử Dương thông thường đủ để ông có được một lễ tang cấp quốc gia, nhưng Chính phủ Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa đã nói rằng các buổi lễ tang như kiểu dành cho những nhà lãnh đạo cũ đã không còn thích hợp và chúng sẽ không được tổ chức nữa. Những người hoài nghi đã đặt vấn đề liệu những đám tang trong tương lai của các cựu lãnh đạo Trung Quốc có diễn ra trong im ắng như đám tang Triệu Tử Dương hay không.

Ngày 29 tháng 1 năm 2005 chính phủ tổ chức một lễ tang cho ông tại Nghĩa trang Cách mạng Bát Bảo Sơn, nơi được dành riêng cho các anh hùng cách mạng và các quan chức cấp cao của chính phủ, với sự tham gia của khoảng 2.000 người có giấy phép tham dự. Nhiều người bất đồng chính kiến, gồm cả thư ký của Triệu Tử Dương là Bào Đồng và lãnh đạo phong trào Các bà mẹ Thiên An Môn Đinh Tử Lâm, bị quản thúc tại gia bị ngăn cản không thể tới tham dự. Quan chức cấp cao nhất tham gia buổi lễ là Giả Khánh Lâm, nhân vật thứ tư của đảng. Những người tham gia được cho phép đi theo nhóm năm người vào nhìn thân thể Triệu Tử Dương được quấn cờ Trung Quốc và chia buồn với gia đình ông. Họ bị cấm mang theo hoa hay mang theo lời chia buồn gắn lên vòng hoa của chính phủ. Trong buổi lễ không có bài diễn văn ca tụng bởi chính phủ và gia đình ông không đồng ý được về nội dung của nó: chính phủ muốn nói rằng ông đã phạm một số sai lầm, gia đình ông từ chối chấp nhận rằng ông đã làm sai. Trong buổi lễ tang, lần đầu tiên truyền hình nhà nước đề cập tới cái chết của Triệu Tử Dương và phát đi một bài cáo phó ngắn thừa nhận công lao của ông trong những cuộc cải cách kinh tế, nhưng nói ông đã phạm "những sai lầm nghiêm trọng" trong những cuộc phản kháng năm 1989. Sau lễ tang, thi hài Triệu Tử Dương được hoả táng. Tro được đưa về nhà ông tại Bắc Kinh bởi chính phủ từ chối cho ông một chỗ tại Nghĩa trang Cách mạng Bát Bảo Sơn.