В 1981 году Глория Грэм потеряла сознание и упала прямо на репетиции во время своих британских выступлений. Вскоре она была отправлена в Нью-Йорк, где у неё диагностировали рак груди. 5 октября 1981 года в возрасте 57 лет Глория Грэм скончалась. Её похоронили на мемориальном кладбище в пригороде Лос-Анджелеса.
Полное имя — Глория Грэм Холлворд (Gloria Grahame Hallward).
Четвёртый муж — Энтони Рэй — пасынок второго супруга актрисы. Энтони был младше Глории на 15 лет.
У Глории Грэм было четверо детей: сын Тимоти Рэй (12.11.48) от второго брака с Николасом Рэйем, дочь Марианна Полетт Говард (01.10.56) от третьего брака с Cайем Говардом и два сына от четвёртого брака с Энтони Рэйем — Энтони Рэй-младший (30.04.63) и Джеймс Рэй (21.09.65).
Её отец, Рэджинальд Майкл Блоксам Холворд, потомок короля Эдуарда III, был архитектором. Её мать, Джинни МакДугол, была британской актрисой, известной на родине под псевдонимом Джин Грэм.