Le 5 août 1962, le sergent Jack Clemmons de la police de Los Angeles reçoit un appel téléphonique à 4h25 du Dr. Ralph Greenson. Ce dernier l'informe de la mort de Marilyn. Clemmons est le premier agent de police à arriver au domicile de la star à Brentwood.
Le rapport du médecin légiste Thomas Noguchi parle de « suicide probable » dû à un surdosage accidentel de barbituriques (acute barbiturate poisoning ingestion of overdose).
En raison d'un manque de preuves, les enquêteurs n'ont ni classé le dossier, ni dit s'il s'agissait d'un suicide ou d'un homicide. Selon certaines rumeurs, Marilyn aurait été victime d'un complot ourdi par le FBI et la CIA dans le but d'accumuler des preuves contre les Kennedy.
D'après Don Wolfe, Marilyn Monroe a été assassinée. Cette version impliquerait Robert Kennedy et tout un ensemble de proches de l'actrice qui se seraient tus pendant des années.
Selon Donald Spoto, Marilyn est morte à la suite d'une erreur médicale. On lui aurait administré un lavement à l'hydrate de chloral (le chloral lui permettait de dormir) alors qu'elle avait absorbé, préalablement, du Nembutal Le mélange de ces deux substances pouvant se révéler fatal.
Les funérailles ont lieu le 8 août 1962 au Westwood Memorial Cemetery de Los Angeles.
En 2005, le Los Angeles Times publie des extraits d'entretiens de Marilyn à son psychiatre, tels que rapportés par un enquêteur sur sa mort, dans lesquels la star s'interrogerait sur sa carrière, son physique, ses mariages, et révèlerait avoir eu une liaison avec Joan Crawford. Après sa mort, le procureur chargé de l'enquête, John Miner, aurait obtenu du psychiatre de la star, le Dr. Ralph Greenson, qu'il lui passe les enregistrements faits des séances de Marilyn sur son divan, et en aurait pris des notes très complètes. Dans ces notes, Marilyn se montrerait obsédée par les oscars et se posant des questions sur sa carrière, envisageant notamment de jouer du William Shakespeare pour être enfin considérée comme une actrice sérieuse. Elle aurait également raconté à son psychiatre comment elle s'examinait dans le miroir, nue, pour observer l'effet de l'âge sur son corps, et trouvant que « ma poitrine commence à s'affaisser un peu, (mais) ma taille est encore bien, et mes fesses sont encore ce qui se fait de mieux. » Elle parlerait également de Clark Gable, chez qui elle chercherait un amour paternel, et de ses mariages et divorces avec le joueur de baseball Joe DiMaggio et le dramaturge Arthur Miller. Elle y révèlerait enfin avoir eu une aventure lesbienne d'une nuit avec l'actrice Joan Crawford. « La fois suivante que j'ai vu Crawford, elle voulait recommencer, mais je lui ai dit franchement que je n'avais pas tellement aimé faire ça avec une femme. Après ça, elle m'en a voulu. » Le psychiatre aurait permis à John Miner d'écouter ces bandes à condition qu'il n'en révèle jamais le contenu. Celui-ci n'a rompu cette promesse de secret que des années après la mort du psychiatre, lorsque certains biographes de l'actrice ont suggéré que celui-ci pouvait être considéré comme suspect dans la mort de la star.
Selon le procureur, à écouter ces bandes, il serait évident « qu'il n'était absolument pas possible que cette femme se soit suicidée. Elle a des projets bien précis pour son avenir, elle sait exactement ce qu'elle veut faire. Lee Strasberg lui a dit qu'elle doit jouer du Shakespeare, et elle est fascinée par cette idée. » Le procureur estime que l'actrice a été assassinée : après l'avoir endormie par quelque chose dans son verre, on lui aurait administré du Nembutal dissous dans de l'eau, à forte dose, sous forme de lavement. Cependant, les affirmations du procureur Miner sont remises en doute par de nombreux biographes et contredites par plusieurs témoins dont l'ancien substitut du procureur et la veuve du psychiatre Ralph Greenson qui a affirmé au Los Angeles Times que son mari n'avait jamais évoqué l'existence de ces bandes.
Gonzague Saint-Bris, à l'antenne d'Europe 1, revient sur la vie et la mort de Maryline Monroe
