לאור ההתקדמות בתהליך אוסלו וחתימת הסכם ביניים נוסף, שהעניק לפלסטינים שלטון עצמי בערים הפלסטיניות הגדולות ובעוד כ־450 כפרים בגדה המערבית וברצועת עזה, שוסעה מדינת ישראל במחלוקת פנימית עזה על רקע התהליך המדיני. טענות בדבר חוסר הלגיטימיות של הממשלה, שלוו לעיתים בתיאורים של רבין עצמו כבוגד, היו נפוצות. זכורה במיוחד הפגנת הימין בכיכר ציון נגד יצחק רבין והסכם אוסלו ב מאוקטובר 1995, שהגיעה למעשי אלימות.
בעקבות חתימת הסכמי אוסלו, ובהשפעת ביקור בהלווייתו של ברוך גולדשטיין ושיחות עם חבריו של גולדשטיין, החליט עמיר בראשית 1995 שעל ראש הממשלה רבין חל דין רודף ושם לעצמו למטרה להתנקש בו לצורך עצירת מתווה אוסלו. אחיו חגי וחברו דרור עדני היו שותפים לקשר. לאחר שגמלה ההחלטה בליבו שקל דרכים אחדות לעשות זאת, ובהן מלכוד מכוניתו, ירי טיל "לאו" לעברו ועוד. מאז ינואר 1995 ניסה עמיר שלוש פעמים לרצוח את רבין באמצעות אקדח "ברטה" שהיה ברשותו, אך ברגע האחרון נמנע מהמעשה עקב ביטול האירועים, סידורי האבטחה ומניעות טכניות.
בד בבד תכננו עמיר ואחיו חגי התארגנות מחתרתית לפגיעה בערבים, שהייתה אמורה לפעול לאחר נסיגת צה"ל משטחי יהודה ושומרון. לצורך כך אגרו כמות ניכרת של אמצעי לחימה שנגנבו מצה"ל וגייסו כמה חברים לביצוע פעולותיה. ההתארגנות נחשפה במהלך חקירתם של עמיר ואחיו לאחר הרצח.
ב־4 בנובמבר 1995 התקיימה עצרת תמיכה בתהליך השלום בכיכר מלכי ישראל בתל אביב. העצרת אורגנה כתגובה להפגנות הימין, תחת הסיסמה "כן לשלום, לא לאלימות". בתום העצרת חיכה עמיר לרבין במגרש החנייה הסמוך. אנשי האבטחה במקום חשבו שהוא סוכן סמוי ולא שאלו אותו למעשיו. כשרבין עבר במקום בצאתו מהעצרת רצח אותו עמיר ביריות אקדח. בעקבות הרצח שונה שם הכיכר ל"כיכר רבין".
לאחר שירה כדור ראשון מטווח קצר ביותר לכיוון עמוד השדרה של רבין, ירה עמיר שני כדורים נוספים, ובמשפטו הסביר את המניע לכך:
על פי "ידיעות אחרונות", הסיבה שעמיר מקפיד להדגיש כי כוונתו הייתה "לשתק" את רבין ולא "להוריד" אותו, כפי שהתבטא לפני הרצח, היא שידוע לו כי הרשעה ברצח מחייבת להוכיח את הכוונה להרוג.
הרצח גרם לזעזוע עמוק בציבור, כפי שניתן ללמוד, בין השאר, מדבריו של שופט בית המשפט העליון, אליעזר גולדברג, בפסק הדין שבו דחה את ערעורו של עמיר על הרשעתו:
העמדה לדין.
יגאל עמיר נתפס במקום והועבר לחקירה בידי השב"כ, שבה שיתף פעולה באופן מלא והביע את שמחתו על הצלחתו. בסיום החקירה הועמד לדין באשמת רצח ופציעה בנסיבות מחמירות לפני בית המשפט המחוזי בתל אביב. בית המשפט שלח את עמיר לבדיקה נפשית, ובה נקבע כי הוא כשיר לעמוד לדין.
עמיר הסביר במשפטו כי:
עמיר הורשע ונידון למאסר עולם ועוד שש שנים על פציעת מאבטח.
במשפט נוסף נידון לחמש שנות מאסר, ולאחר ערעור המדינה הוחמר העונש לשמונה שנות מאסר, על קשירת קשר עם אחיו ועם עדני. כל העונשים ניתנו במצטבר. עמיר מעולם לא הביע חרטה על הרצח, ובריאיון שנתן בחודש מאי 2004 חזר והדגיש שלדעתו פעל בצורה נכונה, ובאמצעות הרצח הציל את עם ישראל.
תנאי המאסר.
עמיר הוגדר כאסיר ביטחוני ונכלא בכלא איילון באגף שהוקם בשבילו בלבד ושימש אף לקבלת מבקרים, כשהוא במעקב קבוע של מצלמות אבטחה. בהמשך הועבר בין בתי סוהר שונים. מדי חצי שנה ביקשה המדינה וקיבלה אישור להאריך את כליאתו בבידוד, בנימוק שהוא מהווה סיכון ביטחוני עקב משנתו האידאולוגית. את המעקב המתמיד אחריו נימק שירות בתי הסוהר במניעת פגיעה שלו במערכות הביטחון שבתאו או בעצמו. בשנת 2000 עתר עמיר לבית המשפט בבקשה להוציא את המצלמות מתאו, בנימוק שהחששות ספקולטיביים ושהוא האסיר היחיד בישראל שתנאי כליאתו כוללים פגיעה שכזאת בפרטיות לאורך שנים, וזאת במטרה להשית עליו עונש נוסף ללא משפט. בדצמבר 2006 הועבר יגאל עמיר לבית הסוהר רימונים בשרון, לראשונה לתא ללא מצלמות. בשנת 2012, בעקבות עתירות נוספות של עמיר, החליט שב"ס להעבירו לחברת אסירים נוספים, באגף סגור. בשנת 2008 קבע בית המשפט שיש לאפשר לו לשוחח בטלפון באותו אופן בו מורשים יתר האסירים הכלואים עימו באגף. החלטה דומה ניתנה על ידי בית המשפט בשנת 2020 בעת שהוטלו מגבלות בגלל מגפת הקורונה. עם זאת, לא הותר לעמיר לנהל שיחות וידאו או לשוחח עם אנשים שאינם קרוביו מדרגה ראשונה. בבית המשפט הובאה חוות דעת של השב"כ המצדיק מגבלות אלו בחשש לפגיעה בביטחון המדינה.
בשנת 2001 תוקן חוק שחרור על־תנאי ממאסר, ונקבע בו שוועדת השחרורים לא תמליץ על קציבת עונשו של אסיר עולם שהורשע ברצח ראש הממשלה עקב מניע פוליטי־אידאולוגי, ולא תמליץ על מתן חנינה לאסיר כזה. עם זאת החוק אינו פוגע בסמכותו של הנשיא לקצוב את העונש או לחון את האסיר.
ראיונות לתקשורת.
ב־30 באוקטובר 2008 התראיין עמיר טלפונית לערוץ 2 ולערוץ 10 באמצעות מכשיר הטלפון שקיבל לצורך התקשרות עם אשתו בלבד. היות שראיונות אלו עמדו בניגוד לתנאי מאסרו, העביר השב"ס את עמיר לבית הסוהר רמון, מתקן מצפון למצפה רמון שנבנה ככלא לאסירים ביטחוניים. כמו כן נלקחו מעמיר כל חפציו האישיים ונשללה זכותו להשתמש בטלפון, להיפגש עם משפחתו ולהתייחד עם אשתו.
הראיונות לא שודרו, עקב הסערה הציבורית החריפה שעורר האירוע.
כחודש לאחר מכן, ב־30 בנובמבר, פתח עמיר בשביתת רעב כמחאה על העונשים הכבדים שהוטלו עליו.
קמפיינים לשחרורו.
מפעם לפעם יוזמים גורמי ימין רדיקלי בישראל קמפיינים (באמצעות כרזות או סרטי וידאו) הקוראים לשחרור יגאל עמיר ואחיו חגי, ששוחרר ב־4 במאי 2012. בקמפיין כזה שנערך באוקטובר 2007 השתתף גם הזמר אריאל זילבר. בתגובה לאותו קמפיין אמר השר לביטחון פנים אבי דיכטר: "האיש הזה הוא בסטטוס הכי קרוב לאדם שנגזר עליו עונש מוות, אבל מאחר שבמדינה הזאת אין עונש מוות, כל מה שיורד הוא מדרגת הענישה. קציבת עונשו בלתי אפשרית ובלתי הגיונית, וזה ילווה אותו עד שיעבור מהעולם".
לקראת הבחירות לכנסת העשרים ושתיים הוקמה מפלגת "נורא דליבא" אשר מטרתה להביא לשחרורו של עמיר. בתחקיר של התוכנית "הצינור" הובאו עדויות לכך שמשפחת עמיר מעורבת בהקמת המפלגה. המפלגה (שלא רשומה ברשם המפלגות) לא הגישה את רשימתה לוועדת הבחירות המרכזית. באוגוסט 2019 נשללה מעמיר הזכות לשיחות טלפון למשך חודשיים, לאחר שהתברר כי פנה בטלפון לגורמים שונים בניסיון לקדם את ענייני המפלגה.
לקראת הבחירות לכנסת העשרים ושלוש במרץ 2020 הקימה לריסה טרימבובלר-עמיר באופן רשמי את מפלגת "משפט צדק, לרפורמה במערכת המשפט ולשחרור יגאל עמיר" ורשימה בראשותה הוגשה לוועדת הבחירות המרכזית. ב-29 בינואר פסלה ועדת הבחירות המרכזית את הרשימה, אך בית המשפט העליון דחה את הפסילה פה אחד. המפלגה קיבלה 1,375 קולות והייתה רחוקה מאחוז החסימה. המפלגה התמודדה כעבור שנה במערכת הבחירות לכנסת העשרים וארבע וקיבלה 729 קולות.
עמיר בתרבות.
בדצמבר 2014 הוקרן בפסטיבל הקולנוע בריגה סרט התעודה "אל סף הפחד", העוקב אחר עמיר ומשפחתו. את הסרט ביימו הרץ פרנק ומריה קרבצ'נקו. ב־2015 איימה שרת התרבות מירי רגב לעצור את תמיכת המדינה בפסטיבל הקולנוע ירושלים אם יקרין את הסרט. בעקבות זאת הודיעו מארגני הפסטיבל שהסרט יוקרן לפני טקס הפתיחה וישתתף בתחרות שבמסגרת הפסטיבל.
בשנת 2015 יצא סרטו של עמוס גיתאי "רבין, היום האחרון", שבו מגלם השחקן יוגב יפת את דמותו של עמיר.
בספטמבר 2019 יצא לאקרנים הסרט "ימים נוראים" שביים ירון זילברמן. הסרט מציג את דמותו של יגאל עמיר (מגולם על ידי יהודה נהרי-הלוי) ושל סביבתו בשנה שקדמה לרצח. הוא זכה בפרס אופיר לסרט העלילתי הטוב ביותר לשנת 2019.
דמותו של עמיר הופיעה במספר מערכונים של סדרת הסאטירה "היהודים באים", בה גילם השחקן יניב ביטון את דמותו של עמיר.
חיים אישיים.
בתחילת שנת 2004 ביקש עמיר להתחתן בעודו בכלא עם לריסה טרימבובלר, גרושה ואם לארבעה יוצאת ברית המועצות, בעלת תואר דוקטור לפילוסופיה, שאותה פגש כאשר עבדה בישראל כמורה ליהדות לעולים חדשים מרוסיה. טרימבובלר סיפרה שהחלה לבקר את עמיר בבית הסוהר מטעמים הומניטריים, וטענה כי בשל קשריה איתו נאלצה לוותר על הקריירה האקדמית שלה כמרצה באוניברסיטה.
שב"ס דחה את בקשת טרימבובלר ועמיר להינשא ואת בקשתם להתייחדות (זכות שבאותו הזמן ניתנה בדרך כלל לאסירים בישראל, אך לא לאסירים ביטחוניים פלסטינים). בקשות אלה הביאו כמה חברי כנסת ליזום הצעת חוק שתאסור על רוצחיהם של ראשי ממשלה להינשא, אך הכנסת דחתה אותה. בסופו של דבר פסק בית המשפט העליון כי אין לאפשר לבני הזוג להתייחד, בנימוק:
באוגוסט 2004 הודיעה משפחתו של עמיר כי הוא קידש באמצעות שליח את טרימבובלר. טקס הקידושין נערך בביתו של עמיר בהרצליה, כשאביו של יגאל, שלמה עמיר, משמש כשליח. ביולי 2005 קבע בית הדין הרבני בירושלים כי נישואי השניים תקפים. פניותיו של עמיר לבית המשפט העליון, בדרישה שיוכל להתייחד עם בת זוגו, נדחו בנימוקי ביטחון. הפרשה עוררה בציבור גם את השאלה האם עמיר הוא כאחד הרוצחים, או שעונשו צריך להיות חמור יותר. הוויכוח מומחש להלן בקטעים משתי דעות שהוצגו בעיתונות היומית:
במאמר המערכת של "הארץ", שכותרתו "גם יגאל עמיר הוא אדם", נאמר:
בעמדה זאת תמכה גם האגודה לזכויות האזרח, שביקשה עבורו את הזכות להתייחד עם אשתו.