Op 16 mei 1834 overleed de jonge kroonprins. Lodewijk Filips overleed aan een slijmvliesontsteking die werd veroorzaakt door een slechte leverfunctie. voor zijn lever werd hij door drie verschillende artsen behandeld, de drie artsen hadden alle drie een andere nationaliteit, maar die hulp mocht niet baten. hij werd opgevolgd als kroonprins door zijn jongere broer leopold.
Zijn vader, Koning Leopold I, was niet bij de begrafenisplechtiggeid van zijn zoon. De dood van Lodewijk Filips herinnerde hem aan de dood van zijn eerste vrouw kroonprins Charlotte Augusta van Wales, zij stierf tijdens de bevalling, waarbij zijn zoon doodgeboren werd. Koningin Louise Marie schreef hierover dat
‘de oude wonden opnieuw werden opengereten’.
De kleine doodskist, met wit fluweel bekleed, werd bijgezet in de grafkelder van de Hertogen van Brabant in de Sint-Goedele, maar het stoffelijk overschot werd later bijgeplaatst bij de lichamen van zijn overleden ouders in de Koninklijke Crypte van Laken. Op zijn marmeren naamplaatje staan zijn titels in het Frans vermeld, dit werd gedaan in 1993 toen zijn stoffelijk overschot werd verplaatst naar de zijkapel.