El 20 de julio de 1973, Lee en la cumbre del éxito, muere en misteriosas circunstancias a los 32 años en un apartamento en Hong Kong.
Estando en el apartamento de su amiga Betti Ting Pei, alrededor de las 14 horas de ese día, Lee sintió un profundo y agobiante dolor de cabeza que le hizo tumbarse en la cama y Betti, según su versión que es considerada como oficial, le proporcionó un analgésico. Lee se sumió en una profunda inconsciencia de la cual ya no volvería, entró en estado de coma. Fue llevado a un hospital, en el que ingresó ya fallecido.
Actualmente todavía se especula sobre las causas de la muerte de Bruce, ya que nadie sabe aun por qué fue. La más real es que pudo haber muerto por una complicación derivada de un ataque de epilepsia, efecto que sólo después de 20 años de su muerte la medicina parece haber descubierto. Filkins, un medico de gran prestigio afirmaba que la explicación oficial en torno a la causa de la muerte de Lee es errónea, puesto que en las reacciones alérgicas a los fármacos se suelen presentar indicios como hinchazón irregular en el cuello o insuficiencia respiratoria. En vez de eso, Filkins piensa que Lee murió a causa de un síndrome de muerte súbita inesperada, derivada de la epilepsia Sudep, síndrome que no se identificó hasta 1995.
Lee tenía casi 33 años y los médicos aseguraron que su cuerpo -admirablemente formado- no representaba más de 18 años biológicos. Su muerte sorprendió al público de Hong Kong y en un principio se atribuyó como falsa la información.
Se ha sabido que antes de su muerte Lee había sufrido unos extraños desmayos anteriores de los que se había recuperado. La autopsia de Lee demostró que su cerebro se había inflamado masivamente comprimiéndose dentro de la caja craneana.
El funeral que siguió fue apoteósico en Hong Kong; la multitud de admiradores fue tan impresionante que el ambiente donde estaba el ataúd de Lee era sofocante. Fue enterrado en Lake View en Capitol Hill, Seattle, EE.UU. Tuvo con su esposa Linda Emery (ahora conocida como Linda Lee Cadwell), dos hijos: Shannon Lee y Brandon Lee. Este último, al igual que su padre, falleció en un extraño accidente en el rodaje de la película The Crow (El Cuervo)