Den 30. juli 2020 ble det bekjentgjort at Barnojev hadde testet positiv for COVID-19. Han ble innlagt på sykehus i Tasjkent samtidig som hans etterfølger som Bukhara, Karim Kamalov, og som døde i august av koronaviruset. Tilstanden forverret seg, og Barnojev ble bragt til et sykehus i Tyskland. Der døde han den 20. september, i en alder av 56 år.