Chávez egészségi állapota egyike volt a világ legjobban őrzött titkainak, és szinte semmilyen információt nem közöltek az után, hogy 2011 júniusában bejelentették betegségét. A venezuelai elnök magánéleti problémának tekintette daganatos betegségét, s ragaszkodott ahhoz, hogy a részletekről egyáltalán ne tájékoztassák a közvéleményt. Éppen ezért kezeltette magát a baráti Kubában: bizonyos lehetett abban, hogy biztosítani tudják számára a teljes diszkréciót.

Chávez több hónapot töltött a karibi szigetországban, ahol négy alkalommal is megműtötték. Az első alkalommal 2011 nyarán egy baseball labda nagyságú tumort távolítottak el medenceüregéből, de ennél pontosabb megfogalmazás azóta sem hangzott el hivatalosan.

Egy meg nem nevezett orvosi forrás a Reutersnak elmondta, hogy 2011 közepén két műtétet hajtottak végre Chávezen, ekkor a bélrendszeréből távolítottak el daganatot. Egy nagyon ritka betegséget, lágyrészszarkómát diagnosztizáltak nála az orvosok: a gerincoszlop alsó szakaszától a medencéig futó harántizomban alakult ki rosszindulatú daganat.

A kemoterápia és a sugárkezelés segített kontroll alatt tartani a betegséget, és lehetővé tette, hogy Chávez induljon a 2012. októberi elnökválasztáson. Mégis nagy adagban kellett gyógyszereket szednie ahhoz, hogy komoly fájdalmak mellett ugyan, de részt tudjon venni a választási kampányban. Miután október 7-én látványos győzelmet aratott, a végletekig kimerült és szenvedő Chávez néhány alkalommal még megjelent a nyilvánosság előtt, majd visszatért Kubába.

A műtétek közül a december 11-i volt a legbonyolultabb, s utána szörnyű állapotba került Chávez. A több mint hatórás operáció alatt többször újjá kellett éleszteni, vérzés és súlyos tüdőfertőzés alakult ki nála. A kubai orvosok speciális antibiotikummal próbálták meg leküzdeni a fertőzést, de így is gégemetszést kellett végrehajtani Chávezen, hogy lélegezni tudjon.

Élete utolsó napjaiban már csak a legszűkebb családi kör tagjai és legközelebbi munkatársai látogathatták meg Chávezt. Szombaton miniszterei még mintegy öt órán keresztül tanácskoztak vele, majd gyors romlásnak indult állapota, hétfőn kómába zuhant, s kedden, helyi idő szerint 16 óra 25 perckor meghalt.