Samme kveld som kroningen fant sted ble Caroline syk. Hun kastet opp og hadde en ujevn puls. Tre uker senere døde hun. Selv på dødsleiet ble hun nøye fulgt av Stephen Lushington, som viderebragte informasjon til kongens lojale støttespiller, Lord Liverpool. Det er uklart nøyaktig hvorfor denne overvåkingen fant sted. Årsaken til hennes død har aldri blitt fastslått, men Caroline mente hun var blitt forgiftet. Legene hennes gav henne diagnosen tarmslyng. Caroline, som visste hun kom til å dø, forbød utførelsen av en obduksjon. Hun døde 53 år gammel den 7. august 1821. Hun ble begravd i hjemlandet Braunschweig. Graven hennes bærer inskripsjonen "Her ligger Caroline, den sårede dronningen av England".