Klein menjalani operasi terkait dengan [[kanker pankreas]] yang dideritanya pada tahun 2006. Akan tetapi, beberapa minggu kemudian pada tanggal 24 Mei, Klein meninggal di rumahnya di [[San Diego, California|San Diego]], [[California]], akibat [[Henti jantung|serangan jantung]] pada usia 73 tahun. Klein meninggalkan kekasihnya, Tom Reise, dan dua orang saudaranya di New York, George dan Seymour.<ref name="guardianobit">{{Cite webnews|url=https://www.ebartheguardian.com/obituariesnews/2006/jun/24764519/guardianobituaries.mainsection|title=Bisexual pioneer Dr.Obituary: Fritz Klein dies|last=HighleymanReed|first=LizC|date=2006-06-0719|websitework=The Bay Area ReporterGuardian|access-date=2019-07-21}}</ref><ref name="guardianobit">{{Cite newsweb|url=https://www.theguardianebar.com/newsobituaries/2006/jun/19/guardianobituaries.mainsection247645|title=Obituary:Bisexual pioneer Dr. Fritz Klein dies|last=ReedHighleyman|first=CLiz|date=2006-06-1907|workwebsite=The GuardianBay Area Reporter|access-date=2019-07-21}}</ref><ref name=":1">{{Cite web|url=https://www.sfgate.com/bayarea/article/Dr-Fritz-Klein-bisexual-pioneer-who-created-2518089.php|title=Dr. Fritz Klein -- bisexual pioneer who created Klein Grid sex scale|last=Buchanan|first=Wyatt|date=2006-06-01|website=SFGate|access-date=2019-07-21}}</ref> Klein mewasiatkan tubuhnya untuk [[Donasi tubuh|didonasikan]] untuk sains.<ref name=":1" />
