Την Κυριακή της 4ης Οκτωβρίου του 1970, η Τζόπλιν καθυστερούσε να εμφανισθεί στα στούντιο της Sunset Sound Recorders, κάτι που έκανε τον παραγωγό Πωλ Ροθτσάιλντ να ανησυχήσει, ώστε ξεκίνησε την αναζήτησή της, μαζί με τον Τζων Κουκ, πηγαίνοντας στο ξενοδοχείο της. Είδε στο πάρκινγκ τo αυτοκίνητο της Τζόπλιν. Μπαίνοντας στο δωμάτιό της, τη βρήκε νεκρή, δίπλα στο κρεββάτι της. Η επίσημη αιτία θανάτου της, ήταν η υπερβολική δόση ηρωίνης, ενδεχομένως σε συνδυασμό με τις παρενέργειες του αλκοόλ. O Τζων Κουκ, ο οποίος μετέφερε τον Ροθτσάιλντ στο ξενοδοχείο, πιστεύει ότι, εντελώς συμπτωματικά η Τζόπλιν παρέλαβε μεγαλύτερη δόση ηρωίνης από το κανονικό, καθώς υπήρξαν και άλλα παρόμοια κρούσματα, τη συγκεκριμένη εβδομάδα. Η Κασέρτα και ο Μόργκαν βρίσκονταν μαζί της μέχρι την Παρασκευή 2 Οκτωβρίου, όμως σύμφωνα με το βιβλίο Going Down With Janis, κανείς τους δεν τήν επισκέφθηκε στο ξενοδοχείο Λάντκμαρκ, όπως είχαν αμφότεροι υποσχεθεί. Στη διαθήκη της, η Τζόπλιν άφηνε 1,500 δολάρια για τη διοργάνωση μιας αποχαιρετιστήριας γιορτής, στην περίπτωση που πέθαινε.
Ο θάνατος της σε ηλικία 27 ετών εξέπληξε τους θαυμαστές της και συγκλόνισε τον κόσμο της μουσικής, ο οποίος είχε μόλις πληγεί μετά την απώλεια του Τζίμι Χέντριξ δύο εβδομάδες νωρίτερα (18 Σεπτεμβρίου του 1970).