1966年10月，迪斯尼因旧马球伤势计划接受颈部手术。1966年11月2日，在手术前的X光检查中，迪斯尼工作室对面街道上的普罗维登斯圣约瑟夫医疗中心的医生发现迪斯尼在他的左肺上有一个巨大的肿瘤。五天后，迪斯尼因颈部受伤回到医院接受手术，并切除了肿瘤，但在很短的时间内，肿瘤扩散到了如此大的程度，外科医生不得不切除他的整个左肺。医生告诉迪斯尼，他只有六个月到一年的生命。在几次化疗后，迪斯尼和他的妻子在加州棕榈泉度过了短暂的假期，然后回家。1966年11月30日，迪斯尼因心脏病发作在家中晕倒，但被消防部门人员救活，并被送回医院，最终死亡。1966年12月15日上午9:30，在他65岁生日十天后。据报道，他生前写的最后一件事是演员库尔特·拉塞尔的名字，但即使是拉塞尔本人也不知道迪斯尼的意思。迪斯尼于1966年12月17日被火化，他的骨灰存放在加利福尼亚州格伦代尔的森林草坪纪念公园。罗伊O。迪斯尼继续执行佛罗里达项目，坚持将名字改为沃尔特·迪斯尼世界，以纪念他的兄弟。