Påskeaften 1863 dro Munch tilbake til Italia for å hente familien sin, som fremdeles bodde i Roma. På reisen gjennom Alpene ble han forkjølet. Etter å ha ligget syk trodde han at han var på bedringens vei, men 25. mai døde han i Roma etter å ha blitt rammet av et hjerneslag mens han satt ved skrivebordet. Dødsbudskapet ble straks meldt til Christiania over telegrafen. Han ble begravet på Cimitero acattolico di Roma to dager senere. Det etterlatte skriftlige materialet hans gikk tapt da skipet som bragte det fra Italia forliste.