Im September des Jahres 1898 reiste die Kaiserin im Zuge eines Kuraufenthaltes in die Schweiz an den Genfer See und besuchte die Baronin Rothschild auf ihrem Landsitz. Da es sich bei dieser Reise um keinen offiziellen Staatsbesuch handelte und um dem Gastland keine repräsentativen Pflichten aufzuerlegen, reiste Elisabeth als Gräfin von Hohenems, einem Titel, den die Habsburger führten und den auch der Kaiser benutzte, wenn er sich privat im Ausland aufhielt. Die Kaiserin fuhr nach Genf und bezog im Hotel Beau Rivage eine Suite. Am Abend ging sie mit ihrer Begleiterin Irma Sztáray in die Stadt, um Eis zu essen und Geschenke für ihre Enkelkinder einzukaufen. Durch eine Indiskretion aufmerksam gemacht, berichteten die Zeitungen bereits am nächsten Tag vom Aufenthalt der Kaiserin. Der Anarchist Luigi Lucheni, der sich gerade in der Stadt aufhielt, plante ein Attentat, um ein Zeichen gegen die Reichen zu setzen. Sein Opfer sollte Prinz Henri Philippe Marie d’Orléans sein, der jedoch seinen Besuch in Genf kurzfristig absagte.

Als Lucheni schließlich vom Aufenthalt und Tagesplan der Kaiserin in der Zeitung las, änderte er sein Vorhaben. Er beobachtete eine geraume Zeit das Kommen und Gehen Elisabeths und ihrer Begleiterin vor dem Hotel und lauerte den beiden Frauen schließlich an der Seepromenade auf. Mit einer Dreikantfeile in Form eines Stiletts fügte er der Kaiserin eine winzige, aber tödliche Wunde am Herzen zu. Sie stürzte unter der Wucht des Faustschlags, stand aber sofort wieder auf. Nachdem sie sich bei den Personen, die den Vorfall beobachtet hatten und zur Hilfe herbeigeeilt waren, bedankt hatte, beeilte sie sich, um das Dampfschiff nicht zu verpassen. Die Kaiserin bestieg im Glauben, nur einen Faustschlag erhalten zu haben, das Ausflugsschiff und fiel dann in eine tiefe Ohnmacht. 

Als Gräfin Irma Sztáray das Mieder der Kaiserin öffnete, um ihr Luft zu machen, und den kleinen Blutfleck am Unterhemd bemerkte, wurde ihr bewusst, dass Lucheni die Kaiserin erdolcht hatte. Sie gab nun die wahre Identität der Gräfin Hohenems preis und man brachte die sterbende Kaiserin in das Hotel zurück. Die herbeigeeilten Ärzte konnten Elisabeth nicht mehr retten. Sie starb an innerer Verblutung. Für die Kaiserin war dieses Ende „schön und still und groß im Anblick geliebter, großer Natur, schmerzlos und friedlich, nur für die Welt habe es entsetzlich gewirkt“, fand Elisabeths Dichterfreundin Carmen Sylva, die rumänische Königin. Die jüngste Kaisertochter Marie Valerie schrieb zum Tod der Mutter:

Lucheni wurde noch am Tatort festgehalten und ließ sich stolz abführen. Nach den Gesetzen des Landes wurde er vor Gericht gestellt und nach einem Prozess zu lebenslanger Haft verurteilt. Als er vom Tod der Kaiserin erfuhr, triumphierte er. Am 19. Oktober 1910 fand man ihn tot in seiner Zelle. Er hatte sich mit seinem Gürtel erhängt. Elisabeths Leichnam wurde nach Wien überführt und in der Kaisergruft bei den Kapuzinern beigesetzt.