Omran Ben Shaaban kidnappades, sköts och torterades av människor som många i Misrata tror var anhängare av den framlidne diktatorn.
22-åringen dog i Frankrike, där han fick medicinsk behandling för sina skador.
Hans kropp flögs tillbaka till Libyen, möttes av hundratals sörjande.
I Misrata krävde demonstranter att regeringen skulle hämnas hans död.
Mr Shaaban kidnappades av beväpnade män i juli och hölls i 50 dagar i staden Bani Walid, ett före detta Gaddafi fäste som ligger sydost om huvudstaden Tripoli.
Han frigavs förra veckan efter medlingsinsatserna av Mohamed Magarief, Libyens interimsledare och ordförande för den styrande generalkongressen (GNC).
Mr Shaaban anlände till Misrata med tortyrmärken på kroppen och ett skottsår nära ryggmärgen, enligt rapporter. Han fördes till Paris för behandling, men dog på måndag.
Hundratals människor samlades på flygplatsen i Misrata för att hälsa på hans kropp. Hans kista bars i en procession till en fotbollsarena där begravningsböner hölls.
Mr Shaaban kom till framträdande plats den 20 oktober förra året när han avbildades på platsen som överste Khadaffi släpades från en dräneringsrör där han gömde sig i Sirte.
GNC sörjde "förlusten av en modig hjälte" och har sagt att det kommer att vidta alla nödvändiga åtgärder för att ställa förövarna inför rätta, enligt ett uttalande från den officiella Lana nyhetsbyrån.
En av de libyska rebellerna som tillskrevs tillfångatagandet av Muammar Khadaffi förra året har begravts i sin hemstad Misrata.