Sau một thời gian lâm bệnh, mặc dù được Đảng, Nhà nước, tập thể các giáo sư, bác sĩ tận tình cứu chữa, gia đình hết lòng chăm sóc, nhưng do tuổi cao sức yếu, bà Phạm Thị Cúc đã qua đời tại nhà riêng, địa chỉ tại Lô B11-1, Dự án 106 C, ngõ 10 Đặng Thai Mai, Tây Hồ, Hà Nội.