Steve Irwin murió el 4 de septiembre de 2006 a las 11 de la mañana mientras filmaba un documental para su hija Bindy bajo el mar en Queensland, Australia. "Él se puso sobre una raya látigo y la cola de ésta subió y se incrustó en su pecho y le hizo un agujero en el corazón", dijo su productor John Staiton, quien comentó que Irwin "murió haciendo lo que más amaba", feliz y en paz. Aunque Irwin fue evacuado en helicóptero rápidamente al hospital de Cairns, Australia, lo declararon muerto apenas ingresó en el centro asistencial.
El ataque de la raya látigo quedó grabado en vídeo, pero pocas personas han tenido acceso a él. Según se aprecia en el vídeo, rodado en un complejo turístico del norteño estado australiano de Queensland, aunque Steve Irwin intentaba sacarse del pecho la púa de 20 centímetros, su esfuerzo resulta inútil y muere de manera casi instantánea.
La cinta fue destruida por su esposa Terri. Está claro que Steve sabía el riesgo de su profesión. Varias veces indicó a su familia que si algo malo le sucedía ante las cámaras o incluso si moría, se mostrase el vídeo al mundo, sin censura alguna. Así lo expresó Steve: "mi regla número uno es que la cámara siga grabando. Aún si está temblorosa la imagen o ligeramente fuera de foco. No renuncio. Aún si un enorme cocodrilo está mordiéndome, quiero llegar hasta el final, incluso hasta morir. Esa sería mi máxima aspiración".
Su muerte causó gran conmoción en el mundo. 5.000 personas (entre ellas celebridades como Kevin Costner o Russell Crowe) asistieron a un acto recordatorio en el Zoológico de Australia, enBeerwah; otros 300 millones de personas lo vieron a través de la televisión.