Luther telah menderita bermacam penyakit atau gangguan kesehatan selama bertahun-tahun, termasuk penyakit Ménière, vertigo, sinkop, tinitus, dan katarak pada salah satu matanya.[232] Dari tahun 1531 sampai dengan 1546, kesehatan semakin memburuk. Tahun-tahun pergulatan dengan Roma, antagonisme dengan dan di antara sesamanya para reformis, serta skandal yang terjadi akibat insiden bigami Philipp I, Landgraf Hessen, yang di dalamnya Luther memainkan suatu peran utama, semuanya mungkin berkontribusi terhadap kesehatannya. Pada 1536, beliau mulai menderita penyakit batu ginjal dan kandung kemih, artritis, serta suatu infeksi telinga yang membuat satu gendang telinganya pecah. Pada Desember 1544, beliau mulai merasakan dampak dari gangguan angina pektoris.[233]

Kesehatan fisiknya yang buruk membuatnya lekas marah dan bahkan perkataannya lebih keras lagi dalam tulisan-tulisan dan komentar-komentarnya. Katharina istrinya terdengar mengatakan, "Suami terkasih, kamu terlalu kasar," dan beliau menjawab, "Mereka sedang mengajarku untuk bersikap kasar."[234] Pada 1545 dan 1546, Luther berkhotbah tiga kali di Gereja Pasar di Halle, tinggal bersama Justus Jonas temannya selama Natal.[235]

Khotbah terakhirnya beliau sampaikan di Eisleben, tempat kelahirannya, pada 15 Februari 1546, tiga hari menjelang wafatnya.[236] Khotbah tersebut "ditujukan sepenuhnya untuk orang-orang Yahudi yang keras kepala, yang merupakan satu masalah yang sangat mendesak untuk diusir dari semua wilayah Jerman," menurut Léon Poliakov.[237] James Mackinnon menuliskan bahawa khutbah tersebut diakhiri dengan suatu "panggilan yang berapi-api untuk menghalau tas dan koper orang-orang Yahudi dari tengah-tengah mereka, kecuali mereka berhenti dari fitnah mereka dan praktik riba mereka serta menjadi orang-orang Kristen."[238] Luther berkata, "Kita ingin mempraktikkan kasih Kristen kepada mereka dan berdoa agar mereka melakukan konversi," tetapi juga katanya mereka adalah "musuh-musuh publik kita ... dan jika mereka dapat membunuh kita semua, mereka akan dengan senang hati melakukannya. Dan sebegitu sering mereka lakukan."[239]

Perjalanan terakhir Luther, ke Mansfeld, dilakukan kerana kepeduliannya pada kelangsungan usaha keluarga-keluarga para saudara kandungnya dalam perdagangan tembaga ayah mereka, Hans Luther. Mata pencaharian mereka terancam oleh Graf Albrecht dari Mansfeld yang menjadikan industri tersebut berada di bawah kendalinya sendiri. Dikatakan bahawa kontroversi yang terjadi melibatkan empat graf Mansfeld: Albrecht, Philipp, Johann Georg, dan Gebhard. Luther menempuh perjalanan ke Mansfeld dua kali pada akhir 1545 untuk berpartisipasi dalam negosiasi-negosiasi untuk suatu penyelesaian, yang baru terwujud pada awal tahun 1546 dalam kunjungannya yang ketiga.

Negosiasi-negosiasi tersebut berhasil diselesaikan pada 17 Februari 1546. Setelah pukul 8 pagi, beliau mengalami nyeri pada dadanya. Saat beliau pergi ke tempat tidurnya, beliau dikabarkan berdoa, "Ke dalam tangan-Mulah kuserahkan nyawaku; Engkau membebaskan aku, ya Templat:TUHAN, Tuhan yang setia" (Mazmur 31:5), yang lazim didoakan oleh orang sekarat. Pada pukul 1 pagi, beliau terbangun dengan nyeri pada dadanya yang semakin terasa dan dihangatkan dengan handuk panas. Rekan-rekannya, Justus Jonas dan Michael Coelius, bertanya kepadanya, "Bapa terkasih, apakah Anda mengaku Kristus anak Tuhan, penyelamat dan penebus kita?" Semua orang yang berdiri di sekitar tempat tidurnya kelak memberi kesaksian bahawa beliau menjawab "ya" dengan jelas.[240]

Suatu serangan stroke menghentikan ucapan Luther ketika itu, dan beliau wafat tidak lama kemudian pada pukul 2:45 tanggal 18 Februari 1546, dalam usianya yang ke-62, di Eisleben, kota kelahirannya. Beliau dimakamkan di Gereja Kastel (Schlosskirche), Wittenberg, di bawah mimbar gereja itu.[241] Upacara pemakaman dibawakan oleh teman-temannya, Johannes Bugenhagen dan Philipp Melanchthon.[242] Setahun kemudian, pasukan dari salah satu seteru Luther, Kaisar Romawi Suci Karl V, memasuki kota tersebut, namun diperintahkan oleh sang kaisar untuk tidak mengusik makamnya.[242]

Makam Philipp Melanchthon, rekan Luther dan sesamanya reformis, juga bertempat di Gereja Semua Orang Kudus (yang lazim dikenal sebagai Schlosskirche).[243][244][245][246][247]

• Rumah yang hingga tahun 2004 dianggap sebagai tempat Luther mangkat.[248] Dikatakan bahwa Luther sebenarnya wafat di Markt 56, sekarang merupakan lokasi Hotel Graf von Mansfeld.
• Cetakan-cetakan gips dari wajah dan tangan Luther saat wafatnya, dipamerkan dalam Gereja Pasar di Halle.[249]
• Schlosskirche di Wittenberg, situs tempat Luther diduga memasang 95 Tesis karyanya, sekaligus tempat kuburnya.
• Batu nisan Luther di bawah mimbar Schlosskirche.
• Tampak dekat kuburnya dengan inskripsi berbahasa Latin.