Cùng năm đó Marilyn lao vào cuộc hôn nhân thứ ba của mình khi kết hôn với nhà văn nổi tiếng Arthur Miller – một cuộc hôn nhân không tình cảm, đó chỉ là sự giao dịch đơn thuần.
Lại một loạt tác phẩm ra đời sau mốc mốc thời gian này như: Bus Stop (1956), The Prince And The Show Girl (1957), Some Like It Hot (1959), Let’s Make Love (1960), The Misfits (1961) của John Huston.
Khoảng thời gian này, Marilyn như con thiêu thân. Nàng đốt mình trong các cuộc chơi thâu đêm suốt sáng với hầu hết những ai mà nàng thấy vừa ý. Tiếp theo là rượu chè, nghiệp ngập. Dưới sự đạo diễn của George Cukor, Monroe còn đóng một phim nữa – nhan đề Something Got To Give. Tuy nhiên nàng đã không bao giờ còn có thể hoàn thành nó được nữa.
Ngày Chủ nhật, 5/8/1962, vào lúc 4h25′ người ta phát hiện ra Marilyn Monroe đã chết trong ngôi nhà của mình ở Brentwood, Los Angeles. Nàng nằm lõa thể trên giường, những viên thuốc vương vãi khắp nơi…
Nhiều giả thiết đặt ra cho cái chết của Marilyn khi người ta nghe rất nhiều tiếng rên la, kể cả nam và nữ, trong ngôi nhà nàng vào đêm hôm trước. Hình như đã có gì xảy ra tối đó. Nhưng dù sao thì Marilyn cũng đã chết, đó là sự thật không hề chối cãi.
Cái chết trẻ đầy bí ẩn của Marilyn đã nhanh chóng đưa nàng thăng hoa tới vị thế của một “nữ thần”. Kể từ đó, những hình ảnh quen thuộc của Marilyn Monroe đã đọng lại trong tâm trí chúng ta: Lúc buồn bã, lúc tươi vui, lúc đầy bí ẩn… bất chấp mọi khuôn sáo có thể mà hậu thế đã gán cho vẻ đẹp của nàng. Marilyn trở thành bất tử. Nàng, theo lời của nữ tác giả tiểu sử Gloria Steinem, là “người đàn bà không bao giờ chết”.