Menurut polis, Jonghyun ditemui tidak sedarkan diri di studio pangsapuri yang disewa di Cheongdam-dong, Daerah Gangnam di tenggara Seoul sekitar 18:10 (KST) pada 18 Disember 2017. Terdahulu, kakaknya membuat panggilan awal kepada responden kecemasan pada jam 16:42, melaporkan bahawa dia percaya adiknya membunuh diri. Dia dilaporkan menghantar beberapa mesej teks kepada kakaknya dengan kata-kata seperti "selamat tinggal".[12][13]

Dia dikejarkan ke Hospital Universiti Konkuk dalam keadaan masalah jantung di mana dia menerima rawatan CPR kecemasan.[12] Walau bagaimanapun, dia tidak sedarkan diri dan disahkan meninggal dunia di hospital.[13][14][15]

Penyiasat percaya dia mati akibat menghirup asap atau asap beracun, kerana mereka menemui briket arang batu terbakar di atas kuali ketika tiba di apartmen.[14] Polis menyatakan bahawa, atas permintaan keluarga Jonghyun, sebuah bedah siasat tidak akan dijalankan.[16]

Berikutan kematian Jonghyun, rakan penyanyi dan rakan Nine, dari band Dear Cloud, mengarang coretan Instagram yang dia katakan telah ditulis kepadanya oleh Jonghyun; coretan tersebut merujuk kepada kemurungan "memakan" dan perjuangan dengan kemasyhuran, dan berkata "Saya telah dipecah dari dalam".[16]