Katastrofa 14 kwietnia 1912 roku „Titanic”, którym para wracała do Stanów Zjednoczonych, uderzył w górę lodową. Początkowo Astor, podobnie jak inni pasażerowie pierwszej klasy, nie podejrzewał, iż drobne z pozoru zderzenie może zagrażać bezpieczeństwu statku. Po jakimś czasie jednak, widząc rozwój sytuacji, postanowił szukać ratunku. Pomógł swej ciężarnej żonie, Madeleine, oraz przyjaciółce rodziny, Margaret Brown (znanej lepiej jako „niezatapialna Molly Brown”) wsiąść na szalupę ratunkową, sam jednak, powstrzymany przez oficera wpuszczającego na łódkę tylko kobiety i dzieci, pozostał na pokładzie. Przed spuszczeniem szalupy ratunkowej zdążył jeszcze podać swojej żonie skórzane rękawiczki.

Ciało Johna Jacoba Astora odnalezione zostało 22 kwietnia tego samego roku przez statek „MacKay-Bennett”. Według zeznań Philipa Mocka, próbował on chwilę wcześniej, wspólnie z dziennikarzem Williamem Steadem, opuścić statek na prowizorycznej tratwie. Jego ciało zidentyfikowano jako pierwsze po monogramie „J.J.A.” na kołnierzyku i zabrał je William Vincent Astor, jego 20-letni syn.

John Jacob Astor pochowany został na cmentarzu przy Kościele św. Trójcy w Nowym Jorku.