พัชรา แวงวรรณ เสียชีวิตในวันที่ 10 ตุลาคม พ.ศ. 2555 ที่ริเวอร์ไซด์ ลอสแอนเจลิส สหรัฐ หลังจากไปใช้ชีวิตอยู่ที่นั่นด้วยการร้องเพลงตามร้านอาหารและเป็นผู้ดูแลผู้สูงอายุเป็นเวลา 10 กว่าปี ขณะนั้นพัชรา แวงวรรณกำลังจะศึกษาต่อระดับปริญญาด้านนี้[5] โดยเจ้าหน้าที่ตำรวจสหรัฐฯ พบศพในลักษณะแขวนคอในโรงจอดรถ ที่บ้านพักซึ่งเช่าอยู่ตามลำพัง[6] ขณะที่บางสำนักข่าวรายงานเสียชีวิตเพราะอุบัติเหตุทางรถยนต์[7]

สุดท้ายได้ข้อสรุปจากการชันสูตรศพของตำรวจเมืองริเวอร์ไซต์ว่า พัชราเสียชีวิตเพราะฆ่าตัวตาย[8] วันที่ 3 พฤศจิกายน พ.ศ. 2555 ครอบครัวของพัชรา และนฤชา เพ่งผล ตัวแทนจากนิธิทัศน์ เดินทางมารับศพพัชราที่อาคารคลังสินค้า ท่าอากาศยานสุวรรณภูมิ เพื่อเคลื่อนขบวนศพไปตั้งบำเพ็ญกุศล และสวดพระอภิธรรม ณ วัดสายไหม ตำบลคูคต อำเภอลำลูกกา จังหวัดปทุมธานี[9]

บ่ายวันที่ 11 พฤศจิกายน พ.ศ. 2555 มีพิธีฌาปนกิจศพพัชรา โดยมีดาราหลายคนและประชาชนร่วมงานนับพันคน[10]