С восстановлением монархии в 1660 году Дигби был вначале благосклонно принят при дворе благодаря своим связям с королевой-матерью Генриеттой Марией. 14 января 1661 года ему выплатили 1325 фунтов в компенсацию за расходы, понесённые при выкупе пленников у алжирских пиратов. В научных кругах его положение также было прочным: в том же январе он прочитал лекцию о росте растений в Грешем-колледже, а в 1660 году стал одним из основателей Королевского общества. Впадение в немилость , отразилось и на отношениях сэра Кенелма с Карлом II. Будучи отлучённым от двора на несколько месяцев в 1663—1664 годах, Дигби ставил химические опыты в своём доме в Ковент-Гардене. Записи об этих экспериментах, собранные ассистентом Дигби Джорджем Хартманном, были позднее опубликованы под названием «Книга тайн». Закат жизни сэра Кенелма Дигби был отмечен борьбой с бедностью, болезнью (вероятно, почечнокаменной) и с сыном Джоном. В январе 1665 года он составил завещание, в котором выразил желание «упокоить свой прах рядом с той, кто была его величайшим земным благословением». В разгар сборов во Францию его состояние ухудшилось, и он скончался 11 июня 1665 года в возрасте 62 лет. Согласно завещанию, его похоронили рядом с женой в . По указанию Дигби, никаких надписей на надгробье из чёрного мрамора сделано не было. Захоронение было уничтожено во время Великого пожара в следующем году. Поместья были проданы в уплату долгов, а ближайшим родственникам достались только памятные подарки. Библиотеку, остававшуюся в Париже, за крон приобрёл кузен Джордж Дигби. Собрание «Bibliotheca Digbeiana» было продано на аукционе 19 апреля 1680 года. Часть рукописей осталась во Франции и была обнаружена в Страсбурге только в 2010 году.