เจ้าหญิงโซรยา อัสฟานดิยารี-บักติยารี สิ้นพระชนม์เมื่อวันที่ 26 มิถุนายน ค.ศ. 2001 ภายในอพาร์ตเม้นต์ของพระองค์ โดยไม่เปิดเผยข้อมูลการสิ้นพระชนม์ พระอนุชาของเจ้าหญิงโซรยาคือบิจานได้เศร้าโศกเสียใจ ซึ่งต่อมาบิจานได้เสียชีวิตลงหลังจากการสิ้นพระชนม์ของพระเจ้าหญิงเพียงสัปดาห์เดียวในปารีส โดยก่อนบิจานเสียชีวิต เขาได้รำพึงรำพันว่า

หลังเธอเสียชีวิต ฉันไม่มีคำพูดสักคำที่จะเอ่ย— บิจาน อัสฟานดิยารี-บักติยารี[19][20]

โดยพระศพของเจ้าหญิงโซรยาได้ทำการปลงพระศพ ณ มหาวิหารอเมริกัน ในกรุงปารีส ประเทศฝรั่งเศส เมื่อวันที่ 6 พฤศจิกายน ค.ศ. 2001 ซึ่งมีผู้ร่วมงาน ได้แก่ เจ้าหญิงอัชราฟ ปาห์ลาวี, เจ้าชายโฆลาม เรซา ปาห์ลาวี, เคานต์และเคาน์เตสแห่งปารีส, เจ้าชายและเจ้าหญิงแห่งเนเปิลส์, เจ้าชายมิเชลแห่งออร์เลอองส์ และเจ้าหญิงอีราแห่งเฟือร์เทินแบร์ก โดยท้ายที่สุดพระศพของเจ้าหญิงโซรยาได้ทำการฝัง ณ สุสานเวสต์ฟรีดฮอฟ (Westfriedhof) ในเขตมิวนิก ประเทศเยอรมัน โดยฝังร่วมกันกับพระบิดา พระมารดา และพระอนุชา[21]

ในปี ค.ศ. 2002 สุสานของพระองค์ได้ถูกคนมือดีเขียนว่า "ทนทุกข์กับปรสิต" (miserable parasite) และตามด้วยคำว่า "ไม่ทำงานตั้งแต่อายุ 25-60 ปี" (Didn't work from the ages of 25 to 60) ภายหลังถ้อยคำเหล่านี้ได้ถูกลบออก แต่ก็เป็นข่าวพาดหัวใหญ่ทั่วยุโรป

เมื่อเจ้าหญิงโซรยาสิ้นพระชนม์ไปแล้ว มีผู้หญิงจำนวนมากอ้างการเป็นบุตรสาวตามกฎหมายของเจ้าหญิง โดยตามรายงานอ้างว่าเกิดในปี ค.ศ. 1962 หนังสือพิมพ์ภาษาเปอร์เซียรายสัปดาห์ที่ชื่อนิมรูซ (Nimrooz) ก็มิได้ทำการยืนยันแต่อย่างใด[22] โดยในหนังสือพิมพ์ได้ลงหัวข้อข่าวในปี ค.ศ. 2001 กล่าวว่าเจ้าหญิงโซรยาและพระอนุชาได้ถูกลอบปลงพระชนม์[23]

หลังจากการสิ้นพระชนม์ได้มีการประมูลสิ่งของ ของอดีตพระราชินีโซรยา ซึ่งมูลค่ารวม 8.3 ล้านดอลลาร์ และชุดแต่งงานของพระองค์ที่ถูกออกแบบโดยคริสเตียน ดิออร์ มีมูลค่ากว่า 1.2 ล้านดอลลาร์