6 мая 1727 года Екатерина Алексеевна умерла в 43-летнем возрасте.

Существует легенда, что за несколько часов до смерти Екатерине Алексеевне приснилось, что она, сидя за столом в окружении придворных, вдруг увидела тень Петра, который поманил ее, своего «друга сердешненького», за собой.

Забальзамированное тело ее, поставленное на катафалке в Петропавловском соборе, было опущено в землю вместе с телом императора Петра I только 21 мая 1731 года.