Övervakningsfilmen visade att folk gick förbi flickan när hon låg blödande och medvetslös.
Det utlöste en våg av fördömande och själsrannsakan på Kinas sociala nätverkssajter.
Doktorerna hade tidigare sagt att Wang Yue, som hade legat i koma sedan händelsen den 13 oktober, sannolikt inte skulle överleva.
Ilska och debatt om småbarn
Polisen har gripit förarna av båda fordonen inblandade i incidenten, som inträffade i staden Foshan i södra Guangdongprovinsen.
Wang Yue blev nedslagen av en skåpbil medan hon vandrade genom en marknad, där hennes föräldrar driver en affär. Föraren rusade iväg utan att kolla flickans tillstånd.
Under de följande minuterna gick 18 personer förbi det blödande barnet, och en annan van körde över hennes ben, men ingen stannade för att hjälpa.
De beklämmande bilderna visades på TV.
En sopsamlare som slutligen flyttade barnet till sidan av gatan hyllades som en nationell hjälte, men händelsen fick många online kommentatorer att ifrågasätta den kinesiska moralen.
Av Martin PatienceBBC News, Foshan
Förutom de två krita cirklarna markerade "1" och "2" på vägen, fanns det inte mycket att föreslå något utöver det vanliga.
De järnhandelsbutiker som sålde järn, ljusarmatur och kranar var alla öppna. Butiksskötare satt och pratade med varandra.
Men det som hände på en täckt gata på denna enorma grossistmarknad förra veckan chockade Kina.
En butiksägare i närheten av platsen där händelsen ägde rum sade att hon hade blivit sjuk när hon såg bilderna.
"Varje gång jag ser det, mitt hjärta krossas", sade Hu Haiou. "Jag fångar nyheterna varje kväll för att se om hon överlever. Människorna som gick förbi var skamliga."
En annan butiksägare, Chen Guilin, sade att det hade regnat hårt natten då händelsen inträffade.
"Regndroppar lät som trumslag på taket", sa hon, "Vi hade ingen aning om vad som hände utanför."
De som gick förbi var "skamrika"
En talesman för sjukhuset berättade för AFP nyhetsbyrån att Wang Yue hade dött av "systemisk organsvikt", tillägger att inga kostnader hade sparats för att försöka rädda flickan, vars föräldrar är migrerande arbetare.
Det har förekommit miljontals internetkommentarer om hur man kan uppmuntra goda samariter - och många fler uttrycker upprördhet över att så många människor vägrade att hjälpa till.
Hennes död var en av de mest kommenterade om ämnen om Kinas Weibo - en micro-blogging webbplats som liknar Twitter - på fredag som människor uttryckte sorg och ilska över händelsen.
"Farväl till lille Wang Yue. Det finns inga bilar i himlen", skrev en mikrobloggare.
Guangdong-provinsen diskuterar införandet av en lag som tvingar människor att hjälpa andra i uppenbar nöd.
De första online-undersökningarna tyder dock på att de flesta människor är emot det.
"Tala om att bli civiliserad först. Är någon uppmärksam på det?" Läs ett inlägg.
Organisationer i Guangdong undersöker också andra sätt att uppmuntra människor att handla medömkan när de ställs inför en nödsituation.
Provinsregeringens kommitté för politiska och rättsliga frågor använder sin mikrobloggssida för att samla åsikter om hur man kan "styra modiga handlingar för rättvisa ändamål" och främja "socialistisk moral".
Flera kommentatorer har kopplat förbipasserande personers underlåtenhet att hjälpa till med uppmärksammade fall där invånare som stannade för att hjälpa människor i nöd senare hölls ansvariga för sin svåra situation.
En tvåårig flicka i södra Kina, som kördes över av två skåpbilar och ignorerades av 18 förbipasserande, har dött, säger sjukhustjänstemän.