Lilis Suryani tutup usia pada 7 Oktober 2007. Dia meninggal dunia saat berusia 59 tahun di kediamannya di kawasan Pondok Kelapa, Jakarta Timur. Sebelum meninggal dunia, Lilis berjuang melawan kanker rahim yang dideritanya selama empat tahun.
Dia telah melakukan berbagai cara untuk sembuh, termasuk menjalani pengobatan di Singapura. Dia juga telah mencoba perawatan medis seperti kemoterapi, operasi hingga mencari jalan alternatif. Terakhir sebelum wafat, Lilis sempat terbaring di Rumah Sakit MMC Kuningan, Jakarta Selatan.
Lilis Suryani dimakamkan di Taman Pemakaman Umum Pondok Kelapa, Jakarta Timur, 8 Oktober 2007. Dia meninggalkan ratusan karya musik, tiga anak, dan tujuh cucu.