Boseman telah didiagnosis dengan barah usus tahap III pada tahun 2016, yang akhirnya maju ke tahap IV sebelum 2020.[13] Boseman tidak berbicara secara terbuka mengenai diagnosis barahnya. Semasa rawatan (beberapa pembedahan dan kemoterapi), beliau terus bekerja dan menyelesaikan penggambaran untuk beberapa filem, termasuk Marshall, Da 5 Bloods, Ma Rainey's Black Bottom dan lain-lain.

Boseman meninggal di rumahnya kerana komplikasi berkaitan dengan barah usus pada 28 Ogos 2020, bersama isteri dan keluarganya di sisinya.[6] Kenyataan rasmi di akaun media sosialnya berbunyi:

"Dengan kesedihan yang tidak terkira, kami mengesahkan kematian Chadwick Boseman. ⁣ Chadwick didiagnosis menghidap barah usus tahap III pada tahun 2016 dan bertarung dengannya selama 4 tahun terakhir ini ketika melangkah ke tahap IV. Seorang pejuang sejati, Chadwick bertahan melalui semua itu, dan membawakan banyak filem yang sangat anda sukai. Dari Marshall hingga Da 5 Bloods , August Wilson Ma Rainey's Black Bottom dan beberapa lagi, semuanya difilemkan semasa dan antara pembedahan dan kemoterapi yang tidak terkira banyaknya. ⁣ Merupakan kehormatan kariernya untuk menghidupkan King T'Challa dalam Black Panther. Dia meninggal di rumahnya, bersama isteri dan keluarganya di sisinya. Keluarga mengucapkan terima kasih atas kasih dan doa anda, dan meminta anda terus menghormati privasi mereka selama masa sukar ini."[14][15]