Hanneman wycofał się z aktywnego koncertowania na początku 2011 roku ze względu na swój stan zdrowia. W 2012 roku jego kolega z zespołu, Tom Araya, ogłosił, że Hanneman powoli wychodzi z choroby, jednakże później, w lutym 2013 roku, Kerry King ujawnił, że gitarzysta ciągle ma problemy zdrowotne, które uniemożliwiają mu pracę z Slayerem. Hanneman zmarł 2 maja 2013 roku w okolicach swojego domu w Inland Empire w Południowej Kalifornii, w szpitalu w Los Angeles. Początkowo wskazywano, że bezpośrednią przyczyną zgonu była niewydolność wątroby. Następnie oficjalnie podano, że pierwotną przyczyną śmierci była alkoholowa marskość wątroby.
Upamiętnienie W miejscowości Jaworzno Rondo Wielkiej Orkiestry Świątecznej Pomocy objęto patronem im. Jeffa Hannemana na okres jednego roku. Nazwa ronda została zamieniona na okres 12 miesięcy (od lutego 2014 r. do stycznia 2015), ponieważ firma ART-COM Sp z o.o. jako kolejna, wylicytowała „możliwość zmiany nazwy ronda lub patrona” podczas XXII finału Wielkiej Orkiestry Świątecznej Pomocy (zgodnie z zasadami licytacji od 2010 roku, jednocześnie za zgodą prezydenta miasta Jaworzno).