Por trás da imagem alegre existia uma rotina exaustiva. Carmen enfrentava longas jornadas de gravações, filmes, apresentações e viagens constantes.
A pressão da fama e do mercado do entretenimento comprometeu sua saúde. Como era comum entre artistas da época, passou a utilizar medicamentos estimulantes para suportar o ritmo intenso de trabalho e sedativos para descansar, o que agravou seu estado físico ao longo dos anos.
Na noite de 4 de agosto de 1955, Carmen participou do programa de televisão The Jimmy Durante Show, nos Estados Unidos. Apesar de aparentar bom humor diante das câmeras, colegas relataram que ela já demonstrava sinais de cansaço.
Na madrugada de 5 de agosto de 1955, em sua residência em Beverly Hills, Califórnia, Carmen Miranda sofreu um infarto fulminante. Ela morreu aos 46 anos, no auge da fama internacional.