พระสุธรรมาธิบดี ถึงแก่มรณภาพด้วยโรคหัวใจขาดเลือด เมื่อวันอังคารที่ 26 ตุลาคม พ.ศ. 2542 เวลา 03.30 น. ณ โรงพยาบาลวิชัยยุทธ สิริอายุได้ 82 ปี 299 วัน พรรษา 63 ศพตั้งบำเพ็ญกุศล ณ ศาลาการเปรียญ วัดราชาธิวาสวิหาร

วันที่ 27 ตุลาคม พ.ศ. 2542 พระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดชโปรดเกล้าฯ พระราชทานโกศแปดเหลี่ยม ฉัตรเบญจาตั้งประดับ ปี่กลองชนะประโคมเวลาพระราชทานน้ำหลวงสรงศพ และรับศพอยู่ในพระบรมราชานุเคราะห์โดยตลอด มีพระพิธีธรรมสวดพระอภิธรรมเวลากลางคืน กำหนด 7 คืน

วันที่ 28 มีนาคม พ.ศ. 2543 สมเด็จพระบรมโอรสาธิราช เจ้าฟ้ามหาวชิราลงกรณ สยามมกุฎราชกุมาร เสด็จฯ แทนพระองค์ไปพระราชทานเพลิงศพ ณ เมรุหลวง หน้าพลับพลาอิศริยาภรณ์[6]