Rayan kwam om het leven tijdens een luchtaanval uitgevoerd door de Israëlische luchtmacht op 1 januari 2009, tijdens het Israël-Gazaconflict 2008-2009. De aanval kostte ook het leven aan elf van zijn twaalf kinderen (As'ad, 2; Usama Ibn Zaid, 3; 'Aisha, 3; Reem, 4; Miriam, 5; Halima, 5; 'Abdul Rahman, 6; Abdul Qader, 12; Aaya, 12; Zainab, 15; and Ghassan, 16) en zijn vier vrouwen. Rayan was voor de aanval gewaarschuwd, maar hij weigerde zijn woning te verlaten. Volgens de Israëlische autoriteiten diende Rayans huis als een Hamas-hoofdkwartier en als een wapen- en munitiedepot ten tijde van de aanval. Het wapentuig dat in Rayans woning lag opgeslagen veroorzaakte door de Israëlische aanslag secundaire explosies. De Arabische zender Al Jazeera berichtte dat Rayan had geweigerd om beveiligingsmaatregelen te treffen ondanks het gegeven dat Hamas wist dat zij gevaar liepen om vermoord te worden.