ก่อนเสียชีวิต ศรคีรีเคยไปทำการแสดงที่โรงหนังเอกมัยราม่า มีคนนำเอาพวงมาลัยดอกไม้สด แต่คาดด้วยผ้าดำแบบที่ทำไว้สำหรับคนตายมอบให้บนเวทีขณะร้องเพลง ศรคีรีรับไว้ด้วยความเกรงใจ เมื่อกลับเข้าหลังเวที ศรคีรีสั่งเลิกการแสดงคืนนั้นทันทีทั้งที่ร้องเพลงได้เพียง 5 เพลง

ด้วยวัยแค่ 36 ปี ศรคีรี ศรีประจวบ จากโลกนี้ไปเมื่อวันที่ 30 มกราคม พ.ศ. 2515 ด้วยอุบัติเหตุทางรถยนต์ ในเวลาไม่แน่นอน ประมาณ 03.00 - 05.00 น. บริเวณริมถนนพหลโยธิน ช่วงหลัก กม.ที่ 448 - 449 ต.อ่างทอง อ.เมือง จ.กำแพงเพชร ขณะเดินทางกลับจากการแสดงที่วัดหน้าพระธาตุ อ.พิชัย จ.อุตรดิตถ์ เข้ากรุงเทพฯ เพื่อเปิดทำการแสดงที่วัดภาษี เอกมัย ในตอนค่ำ คาดว่าคนขับรถของศรคีรีเกิดง่วงนอน จึงจอดรถเก๋งโตโยต้าคราวน์ข้างทางเพื่อพักสักงีบ แต่ปรากฏว่ามีรถบรรทุกไม้วิ่งมาด้วยความเร็วสูงประกอบกับในขณะนั้นพื้นที่บริเวณนั้นยังเป็นสะพานสูง เมื่อรถบรรทุกไม้วิ่งมาด้วยความเร็ว เมื่อถึงสะพานก็ทำให้รถกระโดดเสียหลัก ขึ้นไปทับรถของศรคีรี ทำให้เขาเสียชีวิตคาที่

หลังการแสดงในวันนั้น ลูกวงได้ออกเดินทางมายังจุดนัดพบที่ปั๊มน้ำมันแห่งหนึ่งก่อน แต่หลังจากที่ลูกวงรออยู่นาน หัวหน้าวงยังเดินทางมาไม่ถึง จึงออกเดินทางต่อ แต่วิ่งไปสักระยะหนึ่ง ก็มีรถพลเมืองดีวิ่งไล่ตามและเรียกให้จอด เพื่อแจ้งข่าวเรื่องการประสบอุบัติเหตุของรถของศรคีรี หลังพบใบปลิวการแสดงปลิวออกจากรถศรคีรีเกลื่อนกลาด หลังรถบัสวิ่งกลับไปก็พบศพดังกล่าว ข้อมูลบางแหล่งบอกว่า ศรคีรี เสียชีวิตประมาณ 8.00 น.ซึ่งเวลาดังกล่าวน่าจะเป็นเวลาที่พบศพมากกว่า

ก่อนเสียชีวิต ศรคีรี สมรสแล้วกับ นางบุญนาค ทองประสงค์ มีบุตรธิดารวม 3 คน เป็นชาย 2 หญิง 1 ชื่อ สมศักดิ์ ทองประสงค์, เพ็ญรุ่ง ทองประสงค์ และสันติ ทองประสงค์

ครูไพบูลย์ บุตรขัน เคยเขียนไว้อาลัยการจากไปของศรคีรีว่า "แด่สุดรัก เธอเกิดมาเป็นผู้กล่อมโลก ฉันเป็นผู้ถ่ายทอดอารมณ์ บัดนี้เธอจากโลกไปแล้วเหลือเพียงเสียงเพลง ศรคีรี ศรีประจวบ ฉันเสียดาย เสียดายจริง ๆ เพราะเธอควรจะอยู่กล่อมโลกให้นานกว่านี้"