Julen 1895 reiste Astrup til Hjerkinn, og 27. desember gikk han alene ut på en skitur over Dovre, angivelig for å møte noen venner ved Atna. Da han ikke gav livstegn fra seg, ble det organisert leteaksjon og 21. januar 1896 ble han funnet død fire kilometer fra Hjerkinn. Liket ble ikke obdusert og mye taler for at dødsårsaken ble forsøkt hemmeligholdt, men avisene , og skrev åpent at alt talte for selvmord og ikke et fall mot en stein som var den offisielle forklaringen. Terrenget han ble funnet i er for lett til at et fall er sannsynlig, det var mye blod på ansikt, klær og snøen rundt, og lensmannen som tok en titt på liket under transporten skrev om et mistenkelig hull på venstre side av hodet. Bygdefolk som var til stede da han ble funnet mente å ha sett at en revolver bli plukket opp, pakket inn og gitt Astrups bror, som ble bedt om å gjemme gjenstanden. Det er vanskelig å se noen annen forklaring enn selvmord.