Trần Bảo Liên tự sát vào ngày 31 tháng 7 năm 2002, tại Thượng Hải, nơi cô sinh ra đời. Cô chết sau khi gieo mình từ lầu 24 của khách sạn xuống đất. Theo lời nhân chứng, lúc chết cô mặc một bộ áo ngủ màu trắng, đi chân đất và không trang điểm.[1] Cô có để lại một bức thư tạm biệt với những người bạn như Tăng Chí Vỹ, Lương Gia Huy, Huỳnh Bách Minh, Trần Bách Tường...ngoài ra còn nhắc tới Hoàng Nhiệm Trung, người yêu cũ và khuyên ông nên giữ gìn sức khỏe. Hoàng Nhiệm Trung cũng có bài phát biểu với giới truyền thông sau khi cô chết, rằng cô đã có biểu hiện khó hiểu và đã lạm dụng thuốc từ năm 1998, song cô đã cố gắng thay đổi để yêu ông.[8][9].

Đứa bé trai do Bảo Liên sinh ra trước khi tự sát 1 tháng là con ngoài hôn thú, chưa được đặt tên cho đến khi mẹ nó qua đời. Trong thư tuyệt mệnh, cô nhờ mọi người tìm cha của bé là Lincoln, tình nhân vừa mới chia tay, 25 tuổi, người Đài Loan mang quốc tịch Mỹ[1][10]. Khi biết tin cô tự sát, Lincoln đã xúc động mạnh. Anh tuyên bố rằng nếu kết quả xét nghiệm ADN cho thấy đứa bé là con anh thì anh xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nuôi dưỡng. Lincoln xuất thân trong một gia đình trung lưu, trong thời điểm đó, cha mẹ anh sinh sống tại Mỹ, còn anh đang thất nghiệp.[1].

Đám tang của cô diễn ra trang trọng vào ngày 3 tháng 8 năm 2002. Thi thể của cô sau đó đã được hỏa thiêu.[11].