Do mắc bệnh nặng, Đại sứ Nguyễn Thanh Tân đã từ trần lúc 8 giờ 30 phút ngày 27.10.2017 (tức ngày 8 tháng 9 năm Đinh Dậu) tại Bệnh viện Vinmec Hà Nội, hưởng thọ 58 tuổi.