Matilda ble syk i løpet av sommeren 1083 og døde i november 1083. Hennes ektemann var tilstede for hennes siste bekjennelse. Hun var 52 år da hun døde. Det er uklart hva dødsårsaken, muligens kun resultatet av et langt liv, men også mulig at hun ble smittet av en pest som var virksom på denne tiden. Vilhelm døde fire år senere i 1087. I motsetning den faste forestillingen at hun ble gravlagt ved klosteret Saint-Étienne (l'Abbaye-aux-Hommes) i Caen, hvor Vilhelm til sist ble gravlagt, er hennes grav i nonneklosteret l'Abbaye aux Dames rett ved. Av særlig interesse er hennes gravstein fra slutten av 1000-tallet, en slank, svart stein dekorert med hennes gravskrift, og markerer hennes grav ved enden av kirken. I kontrast ble gravsteinen for graven til Vilhelms grav erstattet på begynnelsen av 1800-tallet.