帝陵置邑制度，豪强大地主兼并之风盛行，开启了为患千年的门阀制度，社会危机日益加深。又由于汉元帝过于放纵外戚、宦官，最终汉元帝皇后王政君侄子王莽代汉称帝。竟宁元年五月壬辰（前33年7月8日），病死于长安未央宫，终年四十二岁。七月丙戌（8月31日），葬于渭陵（今陕西咸阳市东北12里处）。死后庙号高宗（后被取消），谥号孝元皇帝。次年，长子刘骜登基，是为汉成帝。
评价.班固《汉书·卷九·元帝纪第九》：“壮大，柔仁好儒”。 “臣外祖兄弟为元帝侍中，语臣曰：元帝多材艺，善史书。鼓琴瑟，吹洞