Cuối năm 1900, sau khi sinh người con thứ tư, bé Nguyễn Sinh Xin. Bà Loan bị bệnh hậu sản và qua đời vào ngày 22 tháng Chạp năm Canh Tý (tức 10/2/1901).

Cả một đời tần tảo nuôi chồng, con, bà đã ra đi quá sớm ở độ tuổi 33. Con thuyền đưa thi hài bà đến nơi an nghỉ cuối cùng cũng lặng lẽ như chính cuộc đời bà. Bà được an táng tại triền phía Tây núi Bân (nhân dân địa phương thường gọi là núi Tam Tầng) cách trung tâm thành phố Huế 4km về phía Nam. Cho đến năm 1922, bà Nguyễn Thị Thanh (chị của Bác Hồ) trong thời gian bị quản thúc tại Huế đã tìm cách đưa hài cốt của mẹ về quê Kim Liên. Thi hài của Bà Loan được cải táng. Mặc dù không còn hài cốt của bà tại Huế, nhưng hiện vẫn có một nhà bia tưởng niệm ngay tại vị trí mai táng bà trước đây. Hài cốt của bà được đưa về quê hương nhưng suốt 20 năm trời trên đất Huế, linh hồn, máu thịt của bà đã hòa quyện thấm sâu vào mảnh đất này.