O'Connor meninggal dunia pada 26 Juli 2023 di apartemen sewaannya di London, Inggris, dalam usia 56 tahun. Saat itu, dia sedang dalam masa penggarapan album baru.

Meskipun penyebabnya belum ditentukan, Kepolisian Metropolitan mengatakan kematian O'Conor tidak dianggap mencurigakan. Hasil autopsi belum diumumkan kepada publik.

O'Connor telah dimakamkan sesuai syariat Islam pada Selasa (8/8/2023) dalam upacara tertutup. Penyanyi "Nothing Compares 2 U" itu menjadi mualaf pada 2018.