À Avignon, Benoît XII voyait ses forces décliner. Atteint de la gangrène, il décède le 25 avril 1342.

Son désir d'être enterré comme son prédécesseur à la cathédrale Notre-Dame des Doms est respecté. Une chapelle spéciale est construite par Michel Ricoman et financée par son successeur Clément VI. Avant sa mort, Benoît XII a demandé à son trésorier, Jean de Cojordan, de traiter avec un imagier Jean Lavenier pour la construction d’un mausolée sur le modèle de celui de Jean XXII. La statue de Benoît XII repose sur un sarcophage couvert d’un dais à clochetons. Il n’en reste pratiquement rien. Le tombeau actuel est composé de diverses pièces provenant du monument élevé au cardinal Jean de Cros.

Après sa mort, on découvrit que le pape avait laissé 1 117 000 florins dans les caisses de la Révérende Chambre Apostolique. Pour justifier une telle somme, en dépit des dépenses occasionnées par la construction du palais des papes, le bruit courut, à Avignon, que le pontife, en cheville avec la vieille Mourdacaï, avait récupéré le trésor des juifs comtadins.