Pada 22 Juli 2012, ia tewas dalam kecelakaan mobil yang berpuncak kontroversial. Pemerintah Kuba menyatakan bahwa sang sopir kehilangan kontrol kendaraan dan menabrak pohon, sementara anak Payá dan salah satu penumpang mobil menyatakan bahwa mobilnya berjalan lepas kendali di jalan.