Depois de ser acometido por um AVC, Frei Damião faleceu no Recife, no dia 31 de maio de 1997, após permanecer 19 dias em coma no Real Hospital Português. Seu corpo foi embalsamado e velado na Basílica da Penha, durante três dias.
Após ser velado, Frei Damião foi sepultado no Convento de São Félix de Cantalice, no bairro do Pina, no Recife, preparado para recebê-lo. O local é hoje um ponto de peregrinação dos fieis, principalmente no mês de maio, ano de sua morte.