1983年2月4日朝、カレンはカリフォルニア州ダウニーの両親の自宅で意識不明の状態で倒れているのを発見され、搬送先の病院で息を引き取りました。検視の結果、直接の死因は「神経性食欲不振症による心不全（心筋毒性）」と発表されました。
長年の拒食症に加え、彼女が体重を増やさないために常用していたとされる催吐薬（トコンシロップ）の成分が、心臓の筋肉に深刻な不可逆的ダメージを与えていたことが判明しています。薬物の毒性と、長年の飢餓状態、そして急速な体重増加による心臓への過負荷が重なり、彼女の心臓は突如としてその鼓動を止めてしまったのです。
当時、摂食障害は一般にほとんど知られていない病名でした。カレンの死は、世界中のメディアでトップニュースとして報じられ、「神経性食欲不振症で亡くなった最初の世界的有名人」として、この恐るべき精神疾患の脅威を国際社会に知らしめる契機となりました。
