การวินิจฉัยและการเสียชีวิต

29 มกราคม ค.ศ. 1951 เฮนเรียตตาไปโรงพยาบาลจอห์นฮอปกินส์เป็นครั้งแรกเนื่องจากรู้สึกว่าคลำได้ก้อน เธอได้ขอให้ญาติลองคลำท้องของตนเองดูว่ามีก้อนอย่างที่ตัวเองรู้สึกหรือไม่ ญาติของเฮนเรียตตาเข้าใจว่าเธอน่าจะตั้งครรภ์ ซึ่งเฮนเรียตตาก็ตั้งครรภ์จริงๆ แต่หลังจากคลอดบุตรคนที่ห้านี้แล้วเธอก็เริ่มมีอาการเลือดออกผิดปกติทางช่องคลอดซึ่งไม่ใช่ประจำเดือน เธอบอกเดย์ให้พาไปพบแพทย์ใกล้บ้าน ซึ่งหลังจากที่แพทย์ตรวจซิฟิลิสให้ผลลบแล้วจึงได้ส่งเธอไปรับการรักษาต่อที่โรงพยาบาลจอห์นฮอปกินส์

โรงพยาบาลจอห์นฮอปกินส์เป็นโรงพยาบาลทางเลือกเดียวของเฮนเรียตตา เนื่องจากเป็นที่เดียวที่รับรักษาคนดำและอยู่ใกล้พอที่จะเดินทางไปได้ นพ. ฮาวาร์ด โจนส์ (อังกฤษ: Howard Jones) ได้ตรวจร่างกายเฮนเรียตตาและพบว่ามีก้อนอยู่ที่ปากมดลูก ซึ่งมีลักษณะแตกต่างจากที่เขาเคยพบมา จากนั้นจึงได้ตัดชิ้นเนื้อส่งตรวจพยาธิวิทยา และพบว่าเป็นมะเร็งปากมดลูกระยะที่ 1 โดยมีชนิดเซลล์เป็นมะเร็งเซลล์เยื่อบุผิว (คาร์ซิโนมา)

เฮนเรียตตาได้รับการรักษาด้วยการฝังแร่อยู่หลายวัน หลังจากเอาแร่ออกแล้วก็ได้รับอนุญาตให้ออกจากโรงพยาบาล และมีนัดให้มารับการรักษาด้วยการฉายรังสี

ระหว่างการฉายรังสีเพื่อรักษามะเร็งนั้น เนื้อเยื่อส่วนหนึ่งของเนื้อมะเร็งของเฮนเรียตตาถูกตัดส่ง นพ. จอร์จ ออตโต กาย โดยไม่ได้รับอนุญาต[ต้องการอ้างอิง] เซลล์เนื้อเยื่อส่วนนี้คือเซลล์ที่จะได้รับการเพาะเลี้ยงจนกลายเป็นสายพันธุ์เซลล์เฮลาซึ่งแบ่งตัวได้ไม่สิ้นสุด จนเป็นสายพันธุ์เซลล์เพาะเลี้ยงที่ใช้แพร่หลายที่สุดในการวิจัยทางชีวะการแพทย์

อาการของเฮนเรียตตาทรุดลงจนแพทย์ต้องให้การรักษาด้วยยาปฏิชีวนะ เนื่องจากเชื่อว่าเป็นผลจากโรคติดต่อทางเพศสัมพันธ์ที่อาจเป็นอยู่ก่อน ซึ่งเฮนเรียตตามีประวัติเป็นนิวโรซิฟิลิสและหนองในมาก่อน

อาการของเฮนเรียตตายังคงทรุดลงอย่างต่อเนื่องจนทำให้มีอาการเจ็บปวดมาก จนต้องขอมานอนรักษาในโรงพยาบาลตั้งแต่ 8 สิงหาคม จนกระทั่งเสียชีวิต ระหว่างนั้นเธอได้รับการรักษาหลายอย่างซึ่งรวมถึงการให้เลือดด้วย แต่สุดท้ายก็เสียชีวิตจากภาวะของเสียคั่งในเลือด (ยูรีเมีย) ในวันที่ 4 ตุลาคม ค.ศ. 1951 เวลา 12.30 น. ที่อายุ 31 ปี ผลการชันสูตรทำให้ทราบว่ามะเร็งได้แพร่กระจายไปทั่วร่างกายของเธอ

หลุมฝังศพของเฮนเรียตตาไม่มีป้ายหลุมศพ และอยู่ในบริเวณที่ฝังศพของครอบครัวในแล็กส์ทาวน์ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโคลเวอร์ ฮาลิแฟกซ์เคาน์ตี้ เวอร์จิเนีย ตำแหน่งของหลุมศพของเธอนั้นปัจจุบันไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่าอยู่ตรงไหนแน่ แต่คนในครอบครัวเชื่อว่าอยู่ข้างๆ หลุมศพของแม่ของเธอ