Первые цари династии Романовых умирали по-разному. Михаил Федорович, сильно болевший в последние годы, приучил своих придворных, что хворь его может продолжаться до бесконечности, поэтому смерть его была неожиданной. По Москве поползли слухи, что царя «опоили», «окормили» отравой или сгубила «кручина» по поводу отказа королевича Вальдемара перейти в православие и жениться на царевне Ирине. Придворные врачи говорили иное — 27 апреля 1645 года на консилиуме они пришли к выводу, что «желудок и печень и селезенка… безсильны. И от того понемногу кровь воденеет и холод бывает, да от того же цынга и иные мокроты родятся». В качестве лечения пациенту были прописаны разогретое рейнское вино с травами, «чтоб слизь… вывести», и эликсир для потоотделения. Целый месяц царь лечился подобным образом, однако ноги продолжали опухать, а «ветер и колотье возле ребер» усилились. Анализ мочи снова показал, что «печень и селезенка заперты… от многово сиденья… от холодных питей и от меланхолии, сиречь кручины». Затем поднялось давление, царь жаловался на шум в ушах и головные боли. Когда давление понизили, государь почувствовал себя лучше и решил 12 июля, в день своих именин, пойти на литургию в Благовещенский собор в придел Михаила Малеина, чтобы помолиться своему тезоименитому святому. В церкви он потерял сознание и был отнесен в свои покои. События развивались очень быстро: царь был «едва жив», вечером к нему позвали жену, сына, патриарха, боярина Морозова и других ближних людей, которым он якобы сказал: «Уже бо отхожу от вас», — затем благословил Алексея на царство и напомнил патриарху о помазании нового государя. Затем прошло соборование, ночью Михаил Федорович «отъиде… яко неким сладким сном успе». Позднее в «Повесть о преставлении Михаила Федоровича» был (вероятно, по приказу Морозова) вставлен эпизод, в котором умирающий царь обратился к «дядьке» царевича с просьбой по-прежнему опекать и заботиться о сыне — это должно было дать боярину дополнительные права.
В Средневековье среди русской знати был широко распространен обычай предсмертного пострига. Из множества государей, перед кончиной принявших схиму, можно назвать Александра Невского, Василия III, Ивана Грозного, Бориса Годунова. Цари из династии Романовых и члены их семьи этой традиции не следовали. Лишь младшая сестра Алексея Михайловича, 62-летняя царевна Анна Михайловна, незадолго до смерти постриглась в кремлевском Вознесенском монастыре под именем Анфиса.
Михаил Федорович, с точки зрения современников, почил «правильной» смертью, поскольку прожил правильную жизнь. Традиционный набор слов типа «угасло великое светило», «бысть плач велий во всем народе» дополнился стихотворным посмертным панегириком, внесенным неизвестным автором в продолжение «Нового летописца»:
В этих виршах отражена суть правления Михаила Федоровича, основателя новой царской династии: возрождение государева чина, растоптанного Смутой.