ในวันอาทิตย์ที่ 10 มิถุนายน ค.ศ. 2001 เจ้าหญิงไลลาได้สิ้นพระชนม์ในห้องส่วนพระองค์ในโรงแรมลีโอนาร์ด กรุงลอนดอน สหราชอาณาจักร ก่อนที่แพทย์ส่วนพระองค์จะทำการ 1930 BST[2] โดยเจ้าหญิงได้เสวยพระโอสถ quinalbarbitone ซึ่งเป็นยากดประสาทชนิดหนึ่ง เจ้าหญิงได้ไป 5 เวลา ซึ่งหากใช้ยาชนิดนี้มากเกินไปอาจทำให้เสียชีวิตได้ ปกติยาชนิดนี้เป็นยาที่จะถูกใช้เมื่อมีอาการนอนไม่หลับ ยาชนิดนี้เป็นยาเฉพาะที่และมีส่วนผสมมาจากโคเคนจำนวนหนึ่ง โดยพระวรกายของเจ้าหญิงนั้นซูบผอมอันเนื่องมาจากภาวะไม่อยากอาหาร และเมื่อรับประทานอาหารออกมาแล้วอาเจียนออก โดยตามรายงานข่าวโดยได้ข้อมูลมาจากการชันสูตรศพของหน่วยชันสูตรศพเวสต์มินสเตอร์ ว่าเจ้าหญิงได้ขโมยยาชนิดนี้จากเคาน์เตอร์ของหมอขณะที่พระองค์มาตามนัดและนำยาไป 40 เม็ด ซึ่งมากกว่าตามที่แพทย์กำหนดไว้ถึง 2 เท่า[3]

ในวันที่ 17 มิถุนายน ค.ศ. 2001 พระศพของเจ้าหญิงไลลา ปาห์ลาวี ได้ทำการฝัง ณ สุสานปาส์ซี กรุงปารีส ประเทศฝรั่งเศส โดยทำการฝังใกล้กับพระอัยยิกาฝ่ายพระมารดา (ยาย) คือ นางฟาริเดห์ ดีบา (ฆอตไบ) ท่ามกลางความโศกเศร้าเสียใจของบรรดาพระบรมวงศานุวงศ์ โดยมีผู้มาร่วมพิธีได้แก่ อดีตพระราชวงศ์ฝรั่งเศส รวมไปถึงนายเฟเดอริก มิตแตร์รองด์ (Frederic Mitterand) หลานของนายฟรองซัวส์ มิตแตร์รองด์ (Francois Mitterand) อดีตประธานาธิบดีของประเทศฝรั่งเศส ส่วนพระราชวงศ์อิหร่าน ได้แก่ จักรพรรดินีฟาราห์ ปาห์ลาวี พระมารดา, เจ้าชายเรซา ปาห์ลาวี มกุฎราชกุมารแห่งอิหร่าน, เจ้าหญิงฟาราห์นาซ ปาห์ลาวี และเจ้าชายอาลี เรซา ปาห์ลาวีที่ 2 และพระเชษฐภคินีต่างพระมารดาคือ เจ้าหญิงชาห์นาซ ปาห์ลาวี[4]