Omstendighetene rundt Allendes død var lenge uklare. Motstandere til Allende hevdet at han skjøt seg selv med et maskingevær da presidentpalasset ble stormet, mens tilhengere trodde han ble drept da han forsøkte å forsvare seg. I dag er det nesten helt sikkert at han begikk selvmord, trolig fordi han ville markere at han nektet å overgi seg, selv om enkelte fortsatt tviler. I mai 2011 ble levningene av Allende beordret undersøkt av en dommer som etterforsker skjebnen til personer som forsvant og ble drept under Pinochets diktatur. Den rettsmedisinske undersøkelsen som fulgte konkluderte med at Allende tok sitt eget liv med en AK-47.