กลางปีพ.ศ. 2533 พระองค์ทรงป่วยด้วยโรคสมองเสื่อม ทำให้ทรงปฏิบัติพระราชกรณียกิจได้น้อยลง และปรากฏพระองค์ต่อสาธารณชนน้อยลง ซึ่งแพทย์ประจำพระองค์ได้ถวายคำแนะนำให้รักษาพระอาการประชวรนี้ให้หายดีเสียก่อน และเนื่องจากพระราชธิดาทั้ง 4 ทรงเป็นห่วงด้วยเนื่องจากพระบรมราชชนนีทรงมีพระชนมพรรษามากแล้ว ซึ่งพระองค์ต้องถูกแพทย์เฝ้าติดตามพระอาการตลอดเวลา เจ้าชายแบร์นฮาร์ดแห่งลิพเพอ-บีสเตอร์เฟลด์ ทรงพระราชทานสัมภาษณ์ผ่านทางโทรทัศน์ว่า สมเด็จพระราชินีนาถยูเลียนาเริ่มทรงจำผู้ใดได้น้อยลง เนื่องจากเป็นอาการของโรคนี้

สมเด็จพระราชินีนาถยูเลียนาเสด็จสวรรคตลงเมื่อวันที่ 20 มีนาคม พ.ศ. 2547 ด้วยพระชนมพรรษา 94 พรรษา ซึ่งสวรรคตลงวันเดียวกับ เอ็มมาแห่งวัลเด็คและเพือร์ม็อนท์ พระราชอัยยิกา ด้วยพระอาการพระปัปผาสะอักเสบ