พระยาสิงห์เสนี ป่วยด้วยโรคไข้หวัดใหญ่และปอดอักเสบมาตั้งแต่วันที่ 8 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2474 นายแพทย์ หลวงประกิตเวชศักดิ์ และนายแพทย์ พระสุนทโรสถ จากโรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์ ช่วยกันรักษา แต่อาการยังทรุดลงเนื่องจากท่านชราภาพ[14] จนถึงแก่อนิจกรรมเมื่อวันที่ 16 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2474 ได้รับพระราชทานโกศโถประกอบศพ ชั้นรองโกศ 2 ชั้น ฉัตรเบญจาตั้ง 4 คัน เป็นเกียรติยศ[15] และได้รับพระราชทานเพลิงศพเมื่อวันที่ 11 เมษายน พ.ศ. 2475 เวลา 17:30 น. ณ วัดเทพศิรินทราวาสราชวรวิหาร[16]