Berdasarkan kenyataan yang dibuat oleh Mahkamah DiRaja Saudi pada Sabtu 22 Oktober 2011, Sultan telah meninggal dunia pada subuh hari sabtu akibat penyakit yang tak ditentukan. Kenyataan turut menambah bahawa baginda meninggal dunia di luar negaranya. Berdasarkan laporan media, Sultan menghidap kanser untuk beberapa tahun dan mendapatkan rawatan perubatan di Amerika Syarikat sejak Jun 2011.[31][32] Baginda telah meninggal dunia di hospital New York.[32] Majlis pemakaman akan diadakan di Riyadh pada 25 Oktober 2011.[31]