Michele Angiolillo, su asesino, ya estaba fichado por la policía italiana como anarquista. En 1895 huyó al extranjero para eludir la condena de mes y medio de cárcel. Estuvo en Barcelona cuando se produjo el atentado del Corpus de junio de 1896, que dejó 12 muertos y 70 heridos. Se marchó entonces a Francia, de donde fue expulsado, pasando a Bélgica y después a Inglaterra. En Londres conoció los relatos de los torturados en el proceso de Montjuic.

De allí se dirigió a París, donde se entrevistó con el delegado de los independentistas cubanos, Ramón Emeterio Betances, al que pidió dinero para ir a España y asesinar a la regente María Cristina y al presidente Cánovas del Castillo. Betances accedió. Marchó a Madrid, allí entró en contacto con el periodista republicano y anticlerical José Nakens a quien pidió ayuda. Nakens le dio dinero y al despedirse le contó su proyecto de atentar contra la regente, el presidente y contra el joven Alfonso XIII —entonces un niño de 11 años—. No le creyó, aunque más tarde Nakens confesó que si hubiera sabido que era cierto tampoco lo hubiera delatado porque era un crimen político.

El 8 de agosto al mediodía Angiolillo le disparó tres tiros al presidente Cánovas cuando leía el periódico en un banco del balneario de Santa Águeda (Guipúzcoa), en el que pasaba unos días de descanso. El asesino fue detenido y juzgado inmediatamente. Se le condenó a muerte mediante garrote vil, y fue ejecutado sólo once días después de haber cometido el asesinato.

Cánovas murió con 69 años, bajo su gobierno se aprobó la Constitución de 1876 e ideó el sistema de turno pacífico, lo que dio una estabilidad fuerte y duradera (más de 50 años) que puso fin a la incertidumbre política que arrastraba el país desde décadas anteriores. Para él la política era el arte del entendimiento y lo posible, y por eso no tuvo problema en conciliar posturas con otros partidos y ceder ante sus rivales cuando fue necesario. De hecho, Sagasta al recordar a su rival político y amigo, dijo lo siguiente: «Después de la muerte de Don Antonio, todos los políticos podemos llamarnos de tú».