ชุมพล ศิลปอาชา ถึงแก่อสัญกรรมเพราะหัวใจล้มเหลว เมื่อเวลาประมาณ 09:30 นาฬิกา ของวันที่ 21 มกราคม 2556 ณ โรงพยาบาลรามาธิบดี ในขณะที่ยังดำรงตำแหน่งรองนายกรัฐมนตรี และรัฐมนตรีว่าการกระทรวงการท่องเที่ยวและกีฬา โดย พระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดช ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้พลเอก เปรม ติณสูลานนท์ เป็นผู้แทนพระองค์พระราชทานน้ำหลวงอาบศพ ณ วัดเทพศิรินทราวาส ต่อมามีพระบรมราชโองการพระราชทานโกศไม้สิบสอง เนื่องจากถึงแก่อสัญกรรมระหว่างปฏิบัติหน้าที่ และทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้พระราชทานพวงมาลาประจำพระองค์และพระบรมวงศ์ศานุวงศ์อีกด้วย และสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เสด็จพระราชดำเนินในการพระราชทานเพลิงศพ เมื่อวันที่ 26 พฤษภาคม 2556 ณ เมรุหลวงหน้าพลับพลาอิศริยาภรณ์ วัดเทพศิรินทราวาส