En 1952, el rey Jorge VI murió, así que fue el tercero de sus hijos en morir antes que ella, ascendiendo al trono su nieta mayor, la princesa Isabel. Enferma desde finales de febrero, la reina María falleció el 24 de marzo de 1953 a las 10:20 h mientras dormía en Marlborough House, debido a un cáncer de pulmón —la versión pública fue «problemas gástricos»—, a la edad de 85 años, diez semanas antes de la coronación de Isabel II. Durante sus últimas horas su estado de salud se agravó provocándose una debilitación en los latidos de su corazón y se emitieron tres comunicados oficiales informándose sobre su desmejoramiento físico. Previamente hizo saber a su familia que en caso de su muerte no debía posponerse la coronación. Al enterarse de la noticia, el primer ministro Winston Churchill anunció su muerte durante la sesión parlamentaria y suspendió ésta con motivo de duelo nacional. Sus restos fueron expuestos en Westminster Hall entre el 29 y 30 de marzo, donde una gran cantidad de personas (aproximadamente 120.000) desfilaron frente a su ataúd. Posteriormente, se llevó a cabo un servicio fúnebre encabezado por el Arzobispo de Canterbury, Geoffrey Francis Fisher, y transmitido por la BBC. Fue enterrada al lado de su marido en la nave de la Capilla de St. George, en el castillo de Windsor.