พลเอก อาทิตย์ กำลังเอก ป่วยและรักษาตัวมาระยะหนึ่งแล้ว และเมื่อเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2557 เข้ารับการรักษาตัวที่โรงพยาบาลพระมงกุฎเกล้า มาเป็นระยะ ๆ แล้วมีอาการติดเชื้อที่ปอด จนเมื่อเวลา 06.20 น. วันที่ 19 มกราคม พ.ศ. 2558 ถึงแก่อนิจกรรม ด้วยวัย 89 ปี 5 เดือน 21 วัน

พระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ พระราชทานน้ำหลวงอาบศพ ปี่ กลองชนะ ประโคมเวลารับพระราชทานน้ำหลวงอาบศพ พร้อมทั้งพระราชทานโกศแปดเหลี่ยม ฉัตรเบญจา ตั้งประกอบเป็นเกียรติยศ ณ ศาลาร้อยปีปิยมหาราชอนุสรณ์ วัดเบญจมบพิตรดุสิตวนาราม เขตดุสิต กรุงเทพมหานคร พร้อมนี้พระราชทานพวงมาลาหลวง และพวงมาลาของพระบรมวงศานุวงศ์ ตั้งหน้าโกศศพ พร้อมทั้งรับศพไว้ในพระบรมราชานุเคราะห์มีกำหนด 7 คืน

และเมื่อถึงวาระพระราชทานเพลิงศพ พระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้ สมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เสด็จพระราชดำเนินไปในการพระราชทานเพลิงศพ พลเอก อาทิตย์ กำลังเอก ณ เมรุหลวงหน้าพลับพลาอิศริยาภรณ์ วัดเทพศิรินทราวาส เขตป้อมปราบศัตรูพ่าย กรุงเทพมหานคร เมื่อวันอาทิตย์ที่ 13 มีนาคม พ.ศ. 2559 เวลา 17.00 น.