Últimos años y muertos:
 
En julio de 1977 se descubrió que se le había formado un melanoma acral lentiginoso, una forma maligna de melanoma, en el dedo gordo de su pie derecho. Existe la leyenda urbana de que esta lesión fue causada por una herida durante un partido de fútbol, pero esto es totalmente falso; la lesión encontrada en su dedo gordo es un signo típico de este tipo de cáncer. A pesar de su enfermedad, Bob deseó seguir adelante con las actuaciones programadas y ni se extirpó el cáncer ni se puso en tratamiento.
Participó de forma activa en la preparación de una gira mundial que tendría lugar en 1980. La intención era que el grupo Inner Circle actuara como telonero en toda la gira, pero después de que su vocalista principal, Jacob Miller, muriera en Jamaica a causa de un accidente de tráfico en marzo de 1980, esa idea fue abandonada.
El álbum Uprising, producido por Chris Blackwell, fue lanzado en mayo de 1980. Con su Redemption Song, Bob Marley parecía estar aceptando su condición mortal. La banda concluyó una importante gira por Europa, dentro de la cual dieron su concierto más multitudinario, en Milán, al que acudieron unos cien mil espectadores. Tras la gira, Marley regresó a los Estados Unidos, en donde ofreció dos conciertos en el Madison Square Garden como parte del Uprising Tour. Poco después de eso su salud empeoró considerablemente. El cáncer se le había extendido por todo el cuerpo. El resto de la gira fue cancelada y Marley ingresó en la clínica bávara de Josef Issels, en Alemania, y comenzó un controvertido tratamiento a base de evitar ciertos alimentos, bebidas y otras sustancias.
En abril de 1981 le fue otorgada la Orden del Mérito de Jamaica, la tercera mayor honra de la nación, en reconocimiento a su inestimable contribución a la cultura del país. Bob no pudo estar presente.
Después de ocho meses luchando sin éxito contra el cáncer, Marley tomó un avión de regreso a Jamaica. Durante el vuelo desde Alemania, sus funciones vitales comenzaron a fallar. Cuando el avión aterrizó, tuvo que ser trasladado de urgencia al hospital pues necesitaba atención médica inmediata. Murió en el Cedars of Lebanon Hospital, ahora Hospital Universitario de Miami, en la mañana del 11 de mayo de 1981, a la edad de 36 años. La expansión del cáncer que comenzara como un melanoma en su pie y la metástasis producida en sus pulmones y cerebro fueron la causa de su temprana muerte. Las últimas palabras a su hijo Ziggy Marley fueron "el dinero no puede comprar la vida".
Marley recibió un funeral de estado el 21 de mayo de 1981 que combinaba elementos de la iglesia ortodoxa etíope con los de la tradición rastafari. Fue enterrado con su guitarra Gibson Les Paul roja (algunos dicen que en realidad se trataba de una Fender Stratocaster) en una capilla próxima al lugar en donde nació.
El primer ministro de Jamaica, Edward Seaga, fue el encargado de pronunciar el panegírico del funeral. Dijo:
Su voz fue un grito omnipresente en nuestro mundo electrónico. Sus rasgos afilados, su aspecto majestuoso y su forma de moverse se han grabado intensamente en el paisaje de nuestra mente. Bob Marley nunca fue visto. Fue una experiencia que dejó una huella indeleble en cada encuentro. Un hombre así no se puede borrar de la mente. Él es parte de la conciencia colectiva de la nación.