La noche del 4 al 5 de agosto de 1962 Marilyn debía acudir a una fiesta en casa de Peter Lawford. Sin embargo nunca llegó. Su cuerpo sin vida fue encontrado en su casa de Brentwood tras haber ingerido una gran dosis de barbitúricos. En el informe policial se habló de probable suicidio, aunque las especulaciones han dado lugar a muchas versiones que señalan a la mafía, la CIA o el FBI, entre otros, como posibles responsables de su desaparición. La actriz fue enterrada el 8 de agosto con grandes honores en el Westwood Memorial Park, Corridor of Memories, 24, de Los Ángeles. Joe Di Maggio, que había sido su marido durante nueves meses –se divorciaron en 1954-, veló su cuerpo toda la noche sin dejar de pronunciar que la amaba, se hizo cargo los gastos del sepelio y no permitió que ninguno de sus amigos de Hollywood tomase parte en los preparativos.