Исследование останков Ивана Грозного показало, что в последние шесть лет жизни у него развились остеофиты (солевые отложения на позвоночнике) причём до такой степени, что он уже не мог ходить — его носили на носилках. Обследовавший останки М. М. Герасимов отмечал, что не видел таких мощных отложений и у самых глубоких стариков. Вынужденная неподвижность, соединившись с общим нездоровым образом жизни, нервными потрясениями и пр. , привела к тому, что в свои 50 с небольшим лет царь выглядел уже дряхлым стариком.
В августе 1582 года А. Поссевин в отчете Венецианской синьории заявил, что «московскому государю жить недолго» . В феврале и начале марта 1584 года царь ещё занимается государственными делами. К 10 марта относится первое упоминание о болезни (когда был остановлен на пути к Москве литовский посол «в связи с государевым недугом») . 16 марта наступило ухудшение, царь впал в беспамятство, однако, 17 и 18 марта почувствовал облегчение от горячих ванн. Но после полудня 18 марта царь умер. Тело государя распухло и дурно пахло «из-за разложения крови» .
Вифлиофика сохранила предсмертное поручение царя Борису Годунову: «Егда же Великий Государь последняго напутия сподобися, пречистаго тела и крови Господа, тогда во свидетельство представляя духовника своего Архимандрита Феодосия, слез очи свои наполнив, глаголя Борису Феодоровичу: тебе приказываю душу свою и сына своего Феодора Ивановича и дщерь свою Ирину…» . Также перед смертью, согласно летописям [228], царь завещал младшему сыну Дмитрию Углич со всеми уездами.
Достоверно выяснить, была ли смерть царя вызвана естественными причинами или была насильственной, затруднительно.
Существовали упорные слухи о насильственной смерти Грозного. Летописец XVII века сообщал, что «царю дали отраву ближние люди» . По свидетельству дьяка Ивана Тимофеева Борис Годунов и Богдан Бельский «преждевременно прекратили жизнь царя» . Коронный гетман Жолкевский также обвинял Годунова: «Он лишил жизни царя Ивана, подкупив врача, который лечил Ивана, ибо дело было таково, что если бы он его не предупредил (не опередил) , то и сам был бы казнен с многими другими знатными вельможами» . Голландец Исаак Масса писал, что Бельский положил яд в царское лекарство. Горсей также писал о тайных замыслах Годуновых против царя и выдвинул версию удушения царя, с которой согласен В. И. Корецкий: «По-видимому, царю дали сначала яд, а затем для верности, в суматохе, поднявшейся после того, как он внезапно упал, еще и придушили» . Историк Валишевский писал: «Богдан Бельский (со) своими советники извел царя Ивана Васильевича, а ныне хочет бояр побити и хочет подыскать под царем Федором Ивановичем царства Московского своему советнику (Годунову) .
Версия об отравлении Грозного проверялась при вскрытии царских гробниц в 1963 году: исследования показали нормальное содержание в останках мышьяка и повышенное содержание ртути, которая, однако, присутствовала во многих лекарственных препаратах XVI века и которой лечили сифилис, которым предположительно был болен царь. Версия убийства была сочтена не подтвержденной, но и не опровергнутой