صیاد شیرازی در بامداد ۲۱ فروردین ۱۳۷۸ به وسیله عوامل مسلح سازمان مجاهدین خلق در پوشش رفتگر، مقابل درب منزل مسکونی‌اش واقع در تهران و در برابر دیدگان فرزندش ترور شد. طبق گزارشی از خبرگزاری ایسنا، زهره قائمی، به عنوان مسئول عملیات ترور صیاد شیرازی معرفی شد.
علی صیاد شیرازی طی مراسمی با حضور سید علی خامنه‌ای و مقامات لشکری و کشوری و جمعی از دوستدارانش، در قطعه ۲۹ بهشت زهرا به خاک سپرده شد.