Pavarotti commence sa tournée d’adieu en 2004, à l’âge de 69 ans, en chantant, pour la dernière fois à travers le monde, les airs les plus connus et précieux de l’opéra. Pavarotti donne son dernier concert à l’opéra au Metropolitan Opera le 13 mars 2004 : il reçoit douze minutes d’ovation dans le rôle du peintre « Mario Cavaradossi » (Tosca de Puccini). Le 1er décembre 2004, il choisit les quarante villes dans lesquelles il effectuera sa tournée d’adieu, produite par Harvey Goldsmith.
Le 10 février 2006, Pavarotti interprète Nessun Dorma à la cérémonie d’ouverture des Jeux Olympiques d’hiver de 2006 à Turin en Italie ; c’est sa dernière apparition publique sur une scène. L’acte final de la cérémonie d’ouverture lui est réservé, sa performance reçoit ainsi la plus longue et la plus importante ovation de la nuit, par un public venu du monde entier.
Il meurt dans la nuit du 5 au 6 septembre 2007 d’un cancer du pancréas, dans sa villa de Modène où il a voulu revenir.