Korabeli beszámolók szerint James több hónapig rosszul volt a halála előtt, és számos tünettől szenvedett, beleértve a mellkasi fájdalmat, a légszomjat és az emésztési problémákat. Volt olyan időszaka is, amikor kiszámíthatatlan viselkedést és depressziót szenvedett. 1625. március 21-én James súlyos agyvérzést kapott, melynek következtében a bal teste megbénult. Nem tudott beszélni vagy mozogni, állapota gyorsan romlott.
James hat nappal később meghalt, családja és tanácsadói körülvéve. 1625. április 5-én temették el a Westminster Abbeyben. Fia, I. Károly követte a trónon.
Noha a halál pontos oka nem ismert, úgy vélik, hogy James halálához több tényező is hozzájárult, köztük egészségi állapotának romlása, a stroke és a harmadlagos érbetegség. Egyes korabeli beszámolók arra is utalnak, hogy Jamest megmérgezték, de nincs konkrét bizonyíték, amely alátámasztja ezt az állítást.