สมเด็จพระเจ้าภคินีเธอ เจ้าฟ้าเพชรรัตนราชสุดา สิริโสภาพัณณวดี เสด็จไปประทับรักษาพระอาการติดเชื้อในกระแสพระโลหิต ณ ตึก ๘๔ ปี ชั้น ๕ โรงพยาบาลศิริราช ตั้งแต่วันที่ ๑๓ กรกฎาคม พุทธศักราช ๒๕๕๔ และสิ้นพระชนม์เมื่อวันที่ ๒๗ กรกฎาคม พุทธศักราช ๒๕๕๔ เวลา ๑๖ นาฬิกา ๓๗ นาที รวมพระชนมายุ ๘๕ พรรษา

พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว พระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดช รัชกาลที่ ๙ และสมเด็จพระนางเจ้าฯ พระบรมราชินีนาถ เสด็จพระราชดำเนินไป ในการพระราชพิธีพระราชทานเพลิงพระศพ ณ พระเมรุท้องสนามหลวง ในวันที่ ๙ เมษายน พุทธศักราช ๒๕๕๕ จากนั้นทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ บำเพ็ญพระราชกุศลพระราชทานพระอัฐิ ณ พระที่นั่งดุสิตมหาปราสาท เมื่อวันที่ ๑๐ เมษายน เชิญพระอัฐิขึ้นประดิษฐาน ณ พระวิมาน พระที่นั่งจักรีมหาปราสาทในพระบรมมหาราชวัง เมื่อวันที่ ๑๑ เมษายน เชิญพระสรีรางคารไปประดิษฐาน ณ เสาวภาประดิษฐานสุสานหลวง วัดราชบพิธสถิตมหาสีมารามเมื่อวันที่ ๑๒ เมษายน และเชิญพระสรีรางคารไปประดิษฐานที่ฐานพระร่วงโรจนฤทธิ์ ณ พระวิหารทิศเหนือพระปฐมเจดีย์ จังหวัดนครปฐม เมื่อวันที่ ๑๒ ธันวาคม พุทธศักราช ๒๕๕๕