По словам его лечащего кардиолога, Мэдсен умер от сердечной недостаточности. Сопутствующими факторами стали хронические сердечные заболевания и алкогольная зависимость. Ему было 67 лет.
Актёра обнаружили без сознания в его доме в Малибу 3 июля. Прибывшие на место сотрудники шерифского управления округа Лос-Анджелес зафиксировали смерть по естественным причинам. Следов насильственного вмешательства не было.
На следующий день после его смерти сестра актёра, актриса Вирджиния Мэдсен, сделала короткое, но эмоциональное заявление:
"Мы не оплакиваем публичную фигуру. Мы потеряли родного человека — с его противоречивым характером, тяжёлым нравом, огромным сердцем и несмешными шутками, над которыми смеялись только мы двое".
В разговоре с Variety она назвала брата "поэтом в образе голливудского хулигана" и добавила: "Мне будет не хватать не легенды, а мальчишки, которым он когда-то был. Моего старшего брата".
Жизнь Мэдсена за пределами съёмочной площадки была далека от идеала. В 2019 году он попал в ДТП, находясь за рулём в состоянии алкогольного опьянения. Тогда его приговорили к четырём дням заключения и условному сроку. А в 2022 году он тяжело переживал смерть сына Хадсона, покончившего с собой на Гавайях. В тот момент Мэдсен обвинил в случившемся свою жену, с которой прожил почти три десятилетия.
У Майкла Мэдсена остались семеро детей от разных браков. Он снялся более чем в 200 фильмах, но в памяти зрителей навсегда останется мистером Белым из "Бешеных псов" и киллером из "Убить Билла".