Jako seryjna morderczyni została skazana na karę śmierci poprzez zastrzyk z chlorku potasu, którą wykonano w środę, 9 października 2002 roku o godzinie 9:47 w Więzieniu Stanowym na Florydzie.
46-letnia Wuornos była dziesiątą kobietą w Stanach Zjednoczonych i drugą na Florydzie (obok Judy Buenoano), którą stracono od 1976 roku, kiedy to przywrócono karę śmierci