达芬奇于 1519年5月2日在法国昂布瓦斯病逝，享年67岁。关于他的死因，目前最新的猜想是他可能死于查格斯病感染。查格斯病是一种由寄生虫引起的疾病，患者在感染后一般经历两个阶段——急性期和重症期。急性期之后，病情表面上会趋于缓和；再经过数年后，患者才会进入重症阶段，出现便秘、腹痛以及消化系统疾病等病症。感染后那种寄生虫通常在人体内潜伏多年，然后以心律失常或心脏衰竭出现。美国疾病防治中心（CDC）说，大约四分之一的病人发展成为心脏肥大或者肠肥大，如果病情发作，病人猝死。
尽管达芬奇在老年时患有轻微的脑中风，但他的智力并未受到影响。他晚年住在罗亚尔谷地安波瓦斯城附近的克鲁庄园，于1519年5月2日在庄园中过世。达芬奇的死被描述为很自然的过程，但也有人认为他是因为教皇的冷漠而感到伤心。