关于汉武帝的死因，正史上是如此记载的：
汉武帝晚年杀戮太过，颇思悔悟。求神仙又不成，又因巫蛊之祸造成父子相残、太子刘据自杀，种种打击使武帝心灰意懒，对自己过去的所作所为颇有悔意。在登泰山、祀明堂之后，武帝下《轮台罪己诏》说“朕即位以来，所为狂悖，使天下愁苦，不可追悔。自今事有伤害百姓，糜费天下者，悉罢之!”以表示承认自己的错误。天下也因此又逐渐归于和谐，为昭宣中兴的盛世奠定了基础。
公元前88年，汉武帝叫画工画了一张“周公背成王朝诸侯图”送给霍光，意思是让霍光辅佐他的小儿子刘弗陵作皇帝。
在这段时间里(具体时间不详)，刘弗陵的母亲钩弋夫人“因过”受到斥责，忧死于云阳宫。一般认为是子幼母壮，为了防止钩弋夫人重演吕后称制的局面，汉武帝找借口处死了她。公元前87年二月，汉武帝于弥留之际立刘弗陵为太子，四天后的丁卯日，汉武帝驾崩于五柞宫，享年七十岁。
三月甲申，汉武帝葬于茂陵。霍光正式接受汉武帝遗诏，成为汉昭帝刘弗陵的辅命大臣，与车骑将军金日磾、左将军上官桀、御史大夫桑弘羊等人共同辅佐朝政。
其后继者昭帝(实为霍光掌政)和宣帝坚持执行武帝晚年制定的与民休息的政策，因而在西汉中期出现了被后世称颂的昭宣中兴局面。
由此可见，汉武帝是积忧成病，病死的。汉武帝死后，钩弋夫人的儿子刘弗陵继承皇位，当上了皇帝。
