Καθώς επέστρεφε από την Γερμανία στο σπίτι του στη Τζαμάικα για τις τελευταίες του μέρες, ο Μάρλεϊ χρειάστηκε να προσγειωθεί στο Μαϊάμι για άμεση ιατρική περίθαλψη. Πέθανε στο νοσοκομείο Cedars of Lebanon στο Μαιάμι της Φλόριντα το πρωί της 11ης Μαΐου1981 σε ηλικία 36 χρονών. Η εξάπλωση του μελανώματος στους πνεύμονες και τον εγκέφαλο του προκάλεσε το θάνατο. Τα τελευταία του λόγια στον γιο του Ziggy ήταν «Money can’t buy life» («Τα λεφτά δεν αγοράζουν τη ζωή»). Έγινε δημόσια κηδεία στη Τζαμάικα, που συνδύαζε στοιχεία από την Αιθιοπική Ορθόδοξη Εκκλησία και την παράδοση του Ρασταφαριανισμού. Αποτεφρώθηκε κοντά στο πατρικό του μαζί με την κιθάρα του (Gibson Les Paul), μια ποδοσφαιρική μπάλα, ένα μεγάλο κλαδί κάνναβης, ένα δαχτυλίδι που φορούσε καθημερινά (δώρο του πρίγκιπα της Αιθιοπίας Asfa Wossen, μεγαλύτερου γιου του Χαϊλέ Σελασιέ Α’) και μια Βίβλο. Ένα μήνα πριν τον θάνατο του, έγινε μέλος του Τζαμαϊκανού Τιμητικού Τάγματος.

Η μουσική του Μπομπ Μάρλεϊ απέκτησε ολοένα και μεγαλύτερη δημοτικότητα μετά το θάνατό του. Παραμένει δημοφιλής και γνωστός ανά τον κόσμο, ιδιαιτέρως στην Αφρική. Ο Μάρλεϊ εντάχθηκεστο Rock and Roll Hall of Fameτο 1994. Το περιοδικό Time επέλεξε το άλμπουμ Exodus ως το καλύτερο άλμπουμ του 20ου αιώνα.