بیماری و مرگ
پس از حجة الوداع محمد به فاطمه گفت که وی اولین نفر از خانوادهاش است که پس از مرگ به وی ملحق خواهد شد؛محمد چند روز پس از آن درگذشت ؛ فاطمه بسیار غم زده گشتو پس از مدتی درگذشت. بعضی منابع اولیه چنین مینماید که در پایان عمر، او با ابوبکر که تقاضای عیادت او را داشتهاست، آشتی میکند. اما اکثریت منابع چنین مینویسند که او تا پایان عمر، از ابوبکر عصبانی بود؛به گفته دانشنامه اسلام فاطمه ۶ ماه پس از مرگ پدرش درگذشت.
بگفتهٔ قول غالب، مرگ او در آرامش بود. او خودش را با کمک همسرش شستشو میدهد و در آرامش به استقبال مرگ میرود. اما این در تضاد با روایتی است که در منابعی مانند یعقوبی آمدهاست. این منابع چنین میگویند که زنان قریش و همسران محمد به دیدن فاطمه میآیند. اما فاطمه بهاسما بیوه جعفر ابن ابی طالب، میگوید که از ورود آنان جلوگیری کنند. زیرا فاطمه در وضع بسیار بدی بود و در اثر بیماری بسیار نحیف شده بود. به مانند سایر اتفاقات زندگی خصوصی فاطمه مرگ او نیز در هالهای از ابهام است
منابع و نویسندگان شیعه مانند روحانیان و مراجعی مانند بروجردی، روحانی، شاهرودی و حسین خراسانی معتقدند که فاطمه در اثر صدمات و جراحات وارده که در حین رویداد خانه فاطمه اتفاق افتاد و منجر به شکستگی پهلو و سقط جنین وی گردید، کشته شدهاست. در عین حال این نویسندگان بر این نظر دارند که فاطمه بین ۷۵ تا ۹۵ روز پس از مرگ محمد درگذشتهاست.
تدفین
به گفته دانشنامه اسلام اکثریت منابع اولیه تدفین فاطمه را شبانه، مخفی و بدون حضور ابوبکر و عمر میدانند. اما نقل قولهایی نیز وجود دارد که ابوبکر در مراسم تدفین حضور داشته و نماز میت را او بر فاطمه خواندهاست.
دنیس صوفی معتقد است به دلیل تواتر روایتهای ناراحتی فاطمه از ابو بکر، به نظر میرسد مراسم کفن و دفن فاطمه به خواسته خود او در شب انجام شده تا ابو بکر به عنوان رئیس جامعه نتواند با مراسم تشییع او کاری داشته باشد.
محل دفن
تقریباً تمام منابع موافق هستند که فاطمه در قبرستان بقیع دفن شدهاست و به نوشته دانشنامه اسلامی بعضی منابع محل قبر را نیز مشخص میکنند. به نوشته این منابع محل دفن فاطمه درکنار مسجد رقیه (نام زنی که مسجد را بنا کردهاست) در گوشه دار عقیل (برادر علی)، به فاصله هفت ذراع از خیابان است. اما طبق گفته سایر منابع بعد از دفن یا مدتی بعد از آن دیگر محل دفن نامعلوم بود. المسعودی مینویسد که مقبرهای وجود داشتهاست که در کتیبه موجود در آن مقبره نام فاطمه و سه نفر دیگر از خاندان علی به عنوان صاحبان مقبره نوشته شده بود(مسعودی تنها کسی است که چنین جزییاتی را بیان میکند). اما المقدسی مقبره فاطمه را در فهرست مکانهایی قرار میدهد که در مورد آن اختلاف نظر وجود دارد اما محتمل است که فاطمه «فی الحجره» دفن شده باشد.