แก้วขวัญเข้ารับการรักษาตัวที่โรงพยาบาลศิริราชด้วยภาวะหัวใจขาดเลือด โดยได้มีการผ่าตัดและอยู่ในความดูแลของแพทย์มาระยะหนึ่งแล้ว แต่ด้วยความที่อายุมากจึงได้เกิดอาการสำลัก ติดเชื้อเป็นครั้งคราว ทำให้หัวใจหยุดเต้นเฉียบพลัน และถึงแก่กรรมอย่างสงบ เมื่อเวลา 10.02 น. ของวันที่ 15 กันยายน พ.ศ. 2559 สิริอายุ 88 ปี ในการนี้พระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดช ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เสด็จพระราชดำเนินแทนพระองค์ไปในการพระราชทานน้ำหลวงอาบศพ โอกาสนี้ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ พระราชทานโกศมณฑป ฉัตรเครื่องสูงทองแผ่ลวดตั้งประดับเกียรติยศ แตรงอน แตรฝรั่ง ปี่ กลองชนะ ประโคมเวลาพระราชทานน้ำหลวงอาบศพ และทรงรับศพไว้ในพระบรมราชานุเคราะห์โดยตลอด อีกทั้งพระราชทานพวงมาลาหลวง, พวงมาลาของสมเด็จพระนางเจ้าสิริกิติ์ พระบรมราชินีนาถ, พวงมาลาของสมเด็จพระบรมโอรสาธิราชฯ สยามมกุฎราชกุมาร, พวงมาลาส่วนพระองค์ และพวงมาลาประทานของพระบรมวงศานุวงศ์ วางที่หน้าโกศศพ โดยมีพระพิธีธรรมสวดพระอภิธรรมเวลากลางคืน กำหนด 7 คืน

ต่อมาในวันที่ 8 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2563 เวลา 18.19 นาฬิกา พระบาทสมเด็จพระวชิรเกล้าเจ้าอยู่หัวและสมเด็จพระนางเจ้าสุทิดา พัชรสุธาพิมลลักษณ พระบรมราชินี เสด็จฯ ไปในการพระราชทานเพลิงศพ ณ เมรุหลวงหน้าพลับพลาอิศริยาภรณ์ วัดเทพศิรินทราวาส ในโอกาสนี้สมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี ท่านผู้หญิงพลอยไพลิน เจนเซน และท่านผู้หญิงสิริกิติยา เจนเซน โดยเสด็จด้วย[1]