สมเด็จพระจักรพรรดิกวังซฺวี่เสด็จสวรรคตเมื่อวันที่ 14 พฤศจิกายน พ.ศ. 2451 พระองค์สวรรคตก่อนที่พระนางซูสีไทเฮาจะสิ้นพระชนม์เพียง 1 วัน พระองค์สวรรคตในขณะที่พระองค์มีพระชนมพรรษาเพียง 37 พรรษา การสวรรคตของพระองค์ยังเป็นปริศนามาจนถึงทุกวันนี้ มีนักประวัติศาสตร์หลายท่านพยายามตั้งทฤษฎีเกี่ยวกับการสวรรคตของพระองค์ แต่ยังไม่มีนักประวัติศาสตร์ท่านใดเลยที่สามารถอธิบายเกี่ยวกับการสวรรคตของพระองค์ได้อย่างชัดเจน มีบางทฤษฎีก็ว่าพระองค์โดนวางยาพิษจากพระนางซูสีไทเฮาในขณะที่พระนางประชวรอย่างหนัก เพราะเกรงว่าพระจักรพรรดิจะมาดำเนินการปฏิรูปต่อหลังจากที่พระนางสิ้นพระชนม์และต้องการขัดขวางสิ่งที่จะเกิดขึ้นในอนาคต และเป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งที่พระองค์จะถูกวางยาพิษจากขุนพล หยวน ซื่อไข่ ซึ่งถ้าเผื่อพระจักรพรรดิขึ้นมามีอำนาจอีกครั้งหนึ่งคงจะต้องลงโทษตนอย่างแน่นอน[5] แต่ก็ไม่มีหลักฐานเป็นที่ยืนยันว่าทั้งสองอย่างนั้นจะเกิดขึ้นจริงหรือไม่ เพราะไม่มีหลักฐานที่ยืนยันแน่ชัดเนื่องจาก หลี่ เหลียนอิง ขันทีของพระนางซูสีไทเฮาซึ่งเป็นผู้ที่รู้เห็นกับเหตุการณ์ในครั้งนี้ถูกสังหารไปเสียก่อน

ในรายงานของแพทย์หลวงลงความเห็นในการสวรรคตของพระองค์ว่าเป็นการสวรรคตตามธรรมชาติ เพราะพระองค์มีพระอาการประชวรมาเป็นเวลานาน และในรายงานของแพทย์หลวงก็ยังมีอีกต่อไปว่าพระองค์มีพระอาการทรุดหนักลงหลายวันแล้วก่อนที่พระองค์จะสวรรคต

แต่พระอาการประชวรของพระองค์อาจจะมาจากสาเหตุการถูกวางยาพิษในลักษณะที่ไม่ทำให้พระองค์สวรรคตในทันทีก็ได้ และเมื่อวันที่ 4 พฤศจิกายน พ.ศ. 2551 นักนิติวิทยาศาสตร์ได้ทำการทดลองหาความสัมพันธ์ของสารหนูในพระวรกายของสมด็จพระจักรพรรดิกวังซฺวี่ ซึ่งผลจากการทดสอบได้ว่าพระองค์มีสารหนูอยู่ในพระวรกายมากกว่าคนปกติถึง 2000 เท่า หนังสือพิมพ์ ไชน่าเดลี่ ได้กล่าวอ้างคำของนักประวัติศาสตร์ "ไต้ยี่" ซึ่งได้คาดว่าพระนางซูสีไทเฮาจะต้องรู้เรื่องการสวรรคตของพระจักรพรรดิอย่างแน่นอน พระนางกลัวว่าพระจักรพรรดิจะมาดำเนินการปฏิรูปต่อหลังจากที่พระองค์สิ้นพระชนม์ไปแล้ว[6]

และหลังจากที่สมเด็จพระจักรพรรดิกวังซฺวี่สวรรคต พระนางซูสีไทเฮาก็ได้เลือกทายาทที่จะมาสืบราชบัลลังก์ต่อจากสมเด็จพระจักรพรรดิคือ ผู่อี๋ ซึ่งได้ใช้ศักราช เซวียนถ่ง (สมเด็จพระจักรพรรดิเซวียนถ่ง) พระมเหสีในสมเด็จพระจักรพรรดิกวังซฺวี่ได้รับสถาปนาเป็น สมเด็จพระพันปีหลวงหรงยู่ ซึ่งเป็นผู้ลงพระบรมนามาภิไธยสละราชสมบัติของสมเด็จพระจักรพรรดิเซวียนถ่งในปี พ.ศ. 2455 เป็นการสิ้นสุดปกครองระบอบจักรพรรดิของจีนที่ดำเนินมาอย่างยาวนานกว่า 2000 ปี และในปี พ.ศ. 2456 พระพันปีหลวงหลงยู่ก็ได้สิ้นพระชนม์เนื่องจากพระอาการประชวร