Em 31 de agosto de 1969 (véspera de seu 46.º aniversário), Marciano era passageiro de um pequeno avião particular, um [[Cessna 172]]<ref>{{Citar web| url=http://www.check-six.com/Crash_Sites/MarcianoCessna.htm |publicado=Fights and Flights... |título=The Crash of Rocky Marciano's Cessna |data=31 de agosto de 1969}}</ref> indo para [[Des Moines]], [[Iowa]]. Era noite e o mau tempo se instalara. O piloto, Glenn Belz, tinha 231 horas totais de tempo de vôovoo, 35 delas à noite e não possuíam classificação de instrumentos. Belz tentou pousar o avião em um pequeno aeródromo nos arredores de [[Newton (Iowa)|Newton]], Iowa, mas a aeronave atingiu uma árvore a três quilômetros da pista. Voando com Marciano no banco de trás estava Frankie Farrell, 28 anos, o filho mais velho de Lew Farrell, um ex-boxeador que conhecia Marciano desde a infância.<ref name="check-six.com">{{citar web|url=http://www.check-six.com/Crash_Sites/MarcianoCessna.htm|title=Rocky Marciano|website=www.check-six.com}}</ref> Marciano, Belz e Farrell foram mortos no impacto.<ref name="check-six.com"/><ref name = "Champions 51"/><ref name="Champions 51">{{citar livro|title=Boxing The Champions|authors= Ken Jones and Chris Smith|publisher=The Crowood Press|pages = 51|year=1990}}</ref>
O relatório do ''National Transportation Safety Board'' disse: "O piloto tentou uma operação que excedeu sua experiência e nível de habilidade, continuou as regras de voo visual sob condições climáticas adversas e experimentou desorientação espacial nos últimos momentos do vôovoo."<ref>{{Citar web |url=http://www.eastsideboxing.com/news.php?p=1705&more=1 |título=Thirty Fifth Anniversary Of The Death Of Rocky Marciano |publicado=Eastsideboxing.com. |acessodata=9 de agosto de 2012 |arquivourl=https://web.archive.org/web/20120418180842/http://www.eastsideboxing.com/news.php?p=1705&more=1 |arquivodata=2012-04-18 |urlmorta=yes }}</ref> Marciano estava a caminho de dar um discurso para apoiar o filho de seu amigo e havia uma festa de aniversário surpresa esperando por ele. Ele esperava voltar no início da manhã para sua celebração de 46 anos com sua esposa. Ele estava vindo de um jantar em [[Chicago]] na casa do [[CEO]] do STP, Andy Granatelli.
Marciano está enterrado em uma cripta no cemitério ''Forest Lawn Memorial'' em [[Fort Lauderdale]], [[Flórida]]. Sua esposa, Barbara Marciano, morreu cinco anos depois, aos 46 anos, devido ao câncer de pulmão, e está sepultada ao lado dele.<ref>{{Citar web| url=http://www.check-six.com/Crash_Sites/MarcianoCessna.htm |publicado=Check Six |título=Marciano Cessna |acessodata=20 de julho de 2018}}</ref>
