Beliau dilaporkan hilang selepas keluar ke pasar malam berhampiran rumahnya di Seksyen 1, Wangsa Maju. Pelbagai usaha dilakukan melalui media dan orang ramai termasuklah NGO.

Pada pagi 17 September 2007, sebuah beg sukan yang baru ditinggalkan di hadapan sebuah rumah kedai di PJS 1/48, Petaling Jaya, ditemui oleh pemilik kedai. Ia mengandungi badan bogel kanak-kanak yang tidak dikenali itu yang disumbat dalam kedudukan janin; polis percaya bahawa beliau telah mati lebih daripada enam jam sebelum penemuan itu.[2] Timun dan terung ditemui disumbat dalam kemaluan beliau dan telah menyebabkan rektumnya pecah. Ia telah ditentukan bahawa jangkitan bakteria telah menyumbang kepada kematiannya.[3] Pada masa itu, ibu bapa Nurin Jazlin tidak dapat mengenal pasti badan sebagai anak perempuan mereka kerana perubahan dalam ciri-ciri fizikal beliau; ia juga mencadangkan bahawa kanak-kanak mungkin warga asing, kerana dia tidak mempunyai parut yang akan disebabkan oleh vaksin BCG mandatori terhadap batuk kering.[4] Ibu bapanya mulanya mengekalkan harapan bahawa anak perempuan mereka mungkin masih hidup dan merupakan mangsa beberapa panggilan palsu daripada orang mendakwa bahawa Nurin berada di bawah jagaan mereka.[3] Ujian DNA kemudian dijalankan mengesahkan mayat sebagai Nurin Jazlin.[5]

Mayatnya kemudian dituntut oleh keluarganya dari Hospital Kuala Lumpur (HKL) dan dikebumikan di Tanah Perkuburan Islam Taman Ibukota, Setapak, Kuala Lumpur pada 21 September selepas solat tengah hari Jumaat.[6]