مصطفی خمینی در اول آبان ۱۳۵۶ در سن ۴۷ سالگی درگذشت. او تا پیش از مرگ بیماری جدی نداشت. اما آن‌گونه که آیت‌الله محمد رضا رحمت از هم‌راهان و شاگردانش می‌گوید از بیماری ریوی و نوعی آسم رنج می‌برده است.
همچنین وی وزن بالایی داشته است. سید محمود دعایی مرگ وی را این‌چنین شرح می‌دهد: «آن روز صبح، من برای تهیه نان بیرون رفته بـودم. هـنـوز آفـتاب نزده بود، دیدم، ننه صغری که بسیار مورد احـتـرام ما بود؛ فریاد می‌کشد و پای برهنه می دود و به سرش می‌زنـد. من از دیدن این صحنه بسیار متاثر شدم.»
دعایی ادامه می‌دهد: «پیرزن می‌گفت: خاک بر سرم شد، آقا بدو. من فوق‌العاده وحشت زده شدم و به ذهنم چیز دیگری آمد. گفتم: چی شده؟ گفت: آقا مصطفی مریض است. سراسیمه رفتم دیدم که ایشان پشت سجاده‌شان دراز کشیده‌اند…..نخست بسیار تلاش کردم با پزشکان بیمارستان نجف تماس بگیرم، ولی ایـن توفیق را نداشتم، بلافاصله خود را به بیمارستان رساندم، آن‌هـا آن قـدر آمـادگی نداشتند که یک آمبولانس بفرستند. این لحظات بـرای مـن بـسـیـار سخت می‌گذشت. آن جا تصمیم گرفتم این خبر را بـدون ایـن کـه ایجاد وحشت و نگرانی کند، به منزل امام برسانم. طلبه‌ای آن جا بود، به او گفتم: به منزل امام مـی‌روی و فـقـط احمدآقا را خبر می‌کنی و می‌گویی، خیلی فوری به مـنزل اخوی سر بزند.»
دعایی سپس می‌گوید: «آن طلبه هم رفت و احمد آقا را صدا زد و ما مـوفـق شـدیم با یک تاکسی که به زحمت می‌توانست به کوچه بیاید، ایـشـان را بـه بـیمارستانی ببریم. متاسفانه در بیمارستان پـزشـک کشیک پس از معاینات اولیه، تشخیص داد ایشان از دنیا رفته‌اند.»
روایت محتشمی‌پور
سید علی اکبر محتشمی‌پور که آن روز‌ها در نجف زندگی می‌کرده و در جلسات درس مصطفی خمینی حضور داشته است می‌گوید مصطفی خمینی در روز قبل از مرگ به روال معمول جلسه درسش را برگزار کرده و در کلاس پدرش نیز حضور یافته است. همچنین نماز ظهر و عصر را در مسجد شیخ انصاری و نماز شب را در مسجد آیت‌الله بروجردی خواند. شب قبل از مرگش سید محمود دعایی پزشکی را برای درمان همسرش به منزل وی می‌برد و همچنین در آخر شب نیز میهمانانی داشته است.
اولین کسی که متوجه حالت غیرعادی مصطفی خمینی می‌شود، صغری خانم کارگر خانه بوده است. مصطفی خمینی بدون بیماری قبلی و به یک دفعه صبح روز یکشنبه اول آبان ۱۳۵۶ در اتاق کارش بی‌هوش بر روی میز افتاده بوده است. وی قبل از رساندن به درمانگاه نجف جان داده بود.
روایت فاطمه طباطبایی
اولین کسانی که در منزل وی حضور یافتند بعد از سید محمود دعایی، احمد خمینی و همسرش بودند.
فاطمه طباطبایی سلطانی ماجرا را چنین تعریف می‌کند: «من نجف بودم و اتفاقا این طور هم شد که صبح ما خواب بودیم، امام یک ضربه به در زدند و آمدند بالا و گفتند: احمد، پاشو از منزل مصطفی زنگ زدند، کمک خواستند. احمد بلند شد و لباس پوشید و من گفتم شاید معصومه خانم احتیاج به کمک دارد، چون شب پیش معصومه خانم دل درد کرده بود. گفتم: شاید ایشان کار دارد. احمد بلند شد و با عجله رفت خانه حاج آقا مصطفی، من هم دلم شور افتاد، گفتم من هم بروم شاید معصومه خانم احتیاج به کمک داشته باشد. آن موقع حسن آقا کوچک بود، من یواش حسن را که خواب بود برداشتم و بردم پایین گذاشتم بغل رختخواب خانم. ساعت ۷-۶ صبح بود، به آقا گفتم آقا من هم رفتم که ببینم چی هست، من که رسیدم خانه حاج آقا مصطفی، پشت در دیدم احمد آقا روی پله ایستاده و یک ماشین کوچکی هم جلوی خانه حاج آقا مصطفی بود، چون کوچه باریک بود و هر ماشینی آن‌جا قرار نمی‌گرفت».
وی سپس ادامه می‌دهد: «حاج آقا مصطفی تو ماشین بود، ولی احمد ناراحت و پریشان و گریه می‌کرد، گفتم احمد چی شده است، گفت: داداش. همین را از او شنیدم سوار ماشین شد، آن‌ها رفتند، من رفتم داخل خانه، معصومه خانم بود و مریم، پرسیدم چی شده، قضیه را گفتند که صبح که صغری رفته خاکشیر برده، ایشان دمر روی متکا افتاده بوده، چون عادت داشت می‌نشست و یک بالش روی پایش می‌گذاشت و دولا می‌شد و مطالعه می‌کرد صغری (کارگر) صدا کرده، وقتی جواب نداده آمده گفته: معصومه خانم بلند شوید که آقا حال‌شان خوب نیست. وقتی معصومه خانم رفته بالا، دیده که صورتشان کبود شده، همان موقع کسی را فرستاده گفته برو خانه آقا بگو. خلاصه طول کشید، من نشستم پیش معصومه خانم، دیدم بعد از مدتی خانم وارد شدند، حالا ما فکر می‌‌کردیم که بعدا کسی به خانم خبر می‌دهد، خانم آمدند ما هم رفتیم جلو که بگوییم خانم نگران نباشید، دیدم ایشان وارد شدند و شروع کردند به گریه کردن. گفتیم: خانم چیزی نیست، گفت: چی چیزی نیست، فوت کرد، فوت کرد مصطفی و زدند تو صورت و سرشان.»
سید محمود دعایی نیز نفری را فرستاده بود تا بدون این‌که آیت‌الله خمینی متوجه شود، سید احمد را در جریان مسائل اتفاق افتاده قرار دهد. اما گویا فرستاده معصومه حائری یزدی زودتر می‌رسد و آیت‌الله خمینی متوجه می‌شود وضعیت در خانه پسر ارشدش عادی نیست.
بعد از بازگشت سید احمد خمینی به منزل و سکوت وی، آیت‌الله خمینی در می‌یابد که پسرش مرده است. همسر سید احمد خمینی که ناظر این صحنه بوده است می‌گوید وی سکوت کرده و فقط گفت انا لله و انا الیه راجعون.
روایت فردوسی‌پور
فردوسی‌پور نیز چنین می‌گوید: «… وقتی حاج آقا احمد (با خبر مرگ سید مصطفی) از بیمارستان برگشت من منزل امام بودم، امام حاج احمد آقا را صدا زد که از مصطفی چه خبر؟ حاج احمد آقا جواب نداند امام دوباره سؤال کردند بار دوم باز احمد آقا جواب نداد. بار سوم امام فرمود مصطفی مرده چرا حرف نمی‌زنی؟ که احمد آقا بغضش ترکید وشروع کرد به گریه کردن. امام هم فرمود: ” انا لله وانا الیه راجعون”.»
روایت احمد خمینی
اما روایت احمد خمینی تفاوت اندکی دارد: «امام گفتند: “بگویید احمد بیاید”. من خدمت ایشان رفتم و گفتند: “من میخواهم به بیمارستان بروم و مصطفی را ببینم”. با ناراحتی زیاد بیرون آمدم و به آقای رضوانی گفتم: که ایشان چنین مطلبی گفتهاند، خوب است به ایشان بگوییم، دکتر، ملاقات با حاج آقا مصطفی را ممنوع کرده است که حتیالمقدور امام دیر از جریان مطلع شوند. قرار شد، این‌طور مطلب را بگویند، در حالی که آن‌ها هم از طرح این قضیه وحشت داشتند. در طبقه بالا از پنجرهای که در طبقه بالا بود امام مرا دید، صدا زد. گفت: “احمد” من به خدمت ایشان رفتم، گفتند: “مصطفی فوت کرده؟” من هم بسیار ناراحت شدم و در حال گریه چیزی نگفتم. ایشان همانطور که نشسته بودند و دست‌های‌شان روی زانو قرار داشت، چندبار انگشتان‌شان را تکان دادند و سه بار گفتند: “انّا للّه و انّا الیه راجعون” تنها عکسالعملشان همین بود، هیچ واکنش دیگری نشان ندادند.»
آیت الله خمینی در کل مراسم تشییع و تدفین و ختم سید مصطفی خمینی گریه نکرد. رفتار عادی داشت. حتی حاضر نشد شیوه حضور کوتاه خود در مراسم تشییع که به مدت ده دقیقه در ابتدای مراسم حضور یافته و سپس به منزل بر می‌گشت را در مورد پسرش تغییر دهد. او در صحنه خاک‌سپاری پسرش در حرم علی‌بن ابیطالب شرکت نکرد و نماز نیز بر سر جنازه وی نخواند. آیت‌الله خویی با کسب اجازه قبلی نماز میت را خواند.
مرگ غیرمنتظره مصطفی خمینی در آن روزگار بلافاصله بحث برانگیز شد و با توجه به سابقه منفی حکومت پهلوی، انگشت اتهام به سمت ساواک رفت و تصوری پدید آمد که مصطفی خمینی توسط مامورین ساواک مسموم شده است. عده‌ای نیز گمان بردند که دولت وقت عراق برای اخلال در قرار داد الجزایر این کار را انجام داده است. اما تئوری توطئه فقط محدود به این گزینه نیست بلکه اخیرا نیز عده‌ای نظریه‌ای را مطرح می‌کنند که برخی از روحانیون انقلابی به دلیل مخالفت مصطفی خمینی با روی‌کرد رادیکال سیاسی وی را کشته‌اند تا هم مانعی را بر دارند و هم زمینه را برای گسترش امواج انقلاب مساعد سازند.
دامنه این اتهام زنی خود آیت‌الله خمینی را نیز در بر می‌گیرد. صحبت‌هایی نیز از سوی دلایل ناگفته مرگ مصطفی خمینی از سوی خانواده وی نیز به گوش می‌رسد که به طرح این ادعا دامن زده است.
