เจ้าชายเลโอโปลด์สิ้นพระชนม์ที่ ลาเอเกนหรือบรัสเซลส์ เมื่อ 22 มกราคม 1869 จากโรคพระปัปผาสะ (ปอด) บวมหลังจากที่ตกลงไปในบ่อน้ำ ที่งานพระศพของพระราชโอรส เป็นครั้งเดียวที่สมเด็จพระเจ้าเลโอโปลด์ที่ 2 ทรงกระทำเพียงครั้งเดียวในชีวิต พระองค์ทรง"ทรุดองค์ลงในที่สาธารณะคุกเข่าอยู่ข้างโลงพระศพและทรงกรรแสงอย่างบ้าคลั่ง"[1] พระศพของเจ้าชายเลโอโปลด์ ถูกฝังที่สุสานหลวงที่ โบสถ์พระแม่แห่งลาเคิน ในกรุงบรัสเซลส์

การสิ้นพระชนม์ของเจ้าชายเลโอโปลด์ก่อนวัยอันควร ทำให้พระราชบิดาของพระองค์เหลือพระธิดาเพียง 2 พระองค์ คือเจ้าหญิงหลุยส์แห่งเบลเยียมและเจ้าหญิงสเตฟานีแห่งเบลเยียม หลังการสิ้นพระชนม์ของพระราชโอรสสมเด็จพระเจ้าเลโอโปลด์ที่ 2 และสมเด็จพระราชินีมารี เฮนเรียต ก็ทรงพยายามที่จะมีพระราชโอรสพระองค์ใหม่ พระองค์ได้ประสูติเจ้าหญิงเคลม็องทีนแห่งเบลเยียมในปี 1872 ทำให้ทั้งสองพระองค์สิ้นความหวังที่จะมีพระราชโอรส

หลังจากการสิ้นพระชนม์ของพระองค์ สมเด็จพระเจ้าเลโอโปลด์ที่ 2 ก็มีผู้สืบราชสมบัติคือพระภาติยะ สมเด็จพระเจ้าอัลแบร์ที่ 1 แห่งเบลเยียม และพระโอรสก็สืบราชสมบัติต่อมาเป็นสมเด็จพระเจ้าเลโอโปลด์ที่ 3 แห่งเบลเยียม