Đầu năm 2024, ông Trọng đã được cho là có vấn đề về sức khỏe khi ông đã không xuất hiện và đón tiếp các lãnh đạo các nước đến thăm theo thông lệ, trong chuyến thăm của Thủ tướng Lào Sonexay Siphandone và chuyến thăm của Tổng thống Indonesia Joko Widodo, cả hai đều không gặp mặt ông Trọng theo báo chí trong nước khi đưa tin về hoạt động hai người tại Việt Nam.
12/01/2024, một số hãng truyền thông quốc tế, như Reuters và Bloomberg, loan tin ông Trọng phải nhập viện cấp cứu.
Tới ngày 15/1, ông Trọng xuất hiện trong phiên khai mạc kỳ họp bất thường thứ 5 của Quốc hội khóa 15.
Một số video về cuộc họp Quốc hội quay cận cảnh vị tổng bí thư cho thấy ông đi lại khó khăn. Cụ thể, khi đứng lên chào các đại biểu, ông Trọng phải bấu ghì vào bàn và đồng thời được Chủ tịch nước Võ Văn Thưởng ngồi cạnh đỡ lên thì mới đứng dậy được.
Sau cuộc họp Tiểu ban Nhân sự Đại hội 14 vào ngày 13/3, ông Trọng tiếp tục vắng mặt nhiều ngày hồi tháng 4 và 5, kể cả trong lễ tuyên thệ nhậm chức của Chủ tịch nước Tô Lâm và Chủ tịch Quốc hội Trần Thanh Mẫn.
Trong tháng sáu, ông xuất hiện tại hai sự kiện: cuộc họp lãnh đạo chủ chốt vào chiều 12/6 và đón Tổng thống Nga Vladimir Putin ngày 20/6, rồi sau đó vắng mặt.
Về phần mình, chỉ có vài lần hiếm hoi ông Trọng công khai nói mình “không khỏe lắm” trong những năm qua.
Khi tái đắc cử nhiệm kỳ ba của tổng bí thư vào tháng 2/2021, ông Trọng nói trong cuộc họp báo sau khi bế mạc Đại hội Đảng lần thứ 13
"Bây giờ tôi không được khỏe lắm, tuổi cũng đã cao, cũng xin nghỉ rồi, thế nhưng Đại hội bầu phải làm, Đảng viên thì phải chấp hành.”
Ngày 18 tháng 7, Văn phòng Trung ương Đảng đã có thông cáo về thông báo của Bộ Chính trị tình hình sức khỏe xấu của ông Nguyễn Phú Trọng.
Khoảng chiều 18/7 ông qua đời, chính thức ngày 19/7.
Lễ quốc tang của ông được tổ chức trong 2 ngày (25 và 26 tháng 7 năm 2024) và ông sẽ được an táng tại Nghĩa trang Mai Dịch.
Theo thông tin đồn ông Trọng bị suy gan giai đoạn cuối. Hồ sơ và nguyên nhân cái chết của ông Trọng là tuyệt mật.
