Ο Παΐσιος πέθανε στις 12 Ιουλίου του 1994 μετά από σύντομη μάχη με τον καρκίνο. Το 1993 παρουσίασε αιμορραγίες αλλά αρνείτο να νοσηλευτεί λέγοντας ότι «όλα θα βολευτούν με το χώμα». Το Νοέμβριο του ίδιου έτους βγήκε για τελευταία φορά από το Άγιον Όρος και πήγε στη Σουρωτή, στο Ησυχαστήριο του Αγίου Ιωάννη του Θεολόγου για τη γιορτή του Αγίου Αρσενίου. Εκεί έμεινε για λίγες μέρες και ενώ ετοιμαζόταν να φύγει ασθένησε και μεταφέρθηκε στο Θεαγένειο, όπου έγινε διάγνωση για όγκο στο παχύ έντερο.

Τον Φεβρουάριο του 1994 χειρουργήθηκε, αλλά παρουσίασε μεταστάσεις στους πνεύμονες και στο ήπαρ. Στο τέλος του Ιουνίου οι γιατροί του ανακοίνωσαν ότι τα περιθώρια ζωής ήταν δύο με τρεις εβδομάδες το πολύ. Τις τελευταίες μέρες της ζωής του αποφάσισε να μην παίρνει φάρμακα ή παυσίπονα, παρά τους φρικτούς πόνους της ασθένειάς του. Απεβίωσε την Τρίτη 12 Ιουλίου 1994.