Le jour où elle a appris la mort de sa fille de neuf ans, Madame de Pompadour est tombée malade.
Ayant toujours été d'une constitution fragile et Versailles n'étant qu'un couloir de courants d'air, la marquise ne s'est rétablie plus.
La maladie a atteint ses poumons.
Elle est morte le 15 avril 1764 à l'age de 43 ans. Madame de Pompadour était la seule personne étrangère à la famille royale qui soit décédée à Versailles, car au palais ne pouvaient y mourrir que les princes de sang. Aucun membre de la famille royale n'est venu lui rendre un dernier hommage. Le roi a ordonné des funérailles ducales.
Elle a été inhumée auprès de sa mère et de sa petite fille à la Chapelle des Capucins, place Vendome dont il ne reste rien aujourd'hui.