Po sodobnih poročilih se je James nekaj mesecev pred smrtjo slabo počutil, saj je imel različne simptome, vključno z bolečino v prsih, zasoplostjo in prebavnimi težavami. Doživljal je tudi obdobja nestalnega vedenja in depresije. 21. marca 1625 je Jamesa zadela huda kap, zaradi katere je ostal paraliziran na levi strani telesa. Ni mogel govoriti ali se premikati, njegovo stanje pa se je hitro slabšalo.
James je umrl šest dni kasneje, obkrožen s svojo družino in svetovalci. Pokopan je bil v Westminstrski opatiji 5. aprila 1625. Na prestolu ga je nasledil sin Karel I.
Medtem ko natančen vzrok smrti ni znan, se domneva, da je k Jamesovi smrti prispevala kombinacija dejavnikov, vključno z njegovim slabšim zdravjem, možgansko kapjo in tercijsko ague. Nekatera sodobna poročila prav tako kažejo, da je bil James morda zastrupljen, vendar ni konkretnih dokazov, ki bi podprli to trditev.