8 сентября 1965 года Дороти в телефонном разговоре сообщила другу Джерри Брэнтону, что завтра собирается лететь в Нью-Йорк для выступлений в одном из кабаре. Вскоре поле этого её агент Ирл Миллз обнаружил Дороти мёртвой в её квартире. Ей было 42 года. Спустя два месяца Институт патологи Лос-Анджелеса определил причину её смерти — Дорис Дэндридж умерла от чрезмерной дозы антидепрессанта. Она была кремирована и похоронена на кладбище в калифорнийском городе Глендейл.
Двоюродная бабушка актрисы Найо Уоллес.
