可以毫不誇張地說，秦始皇一身都是謎，除了前麵提到過的身世之謎外，圍繞著他還有各種各樣解不開的謎團，比如修建長城、修建“高速公路”、求取仙藥等，最讓人們疑惑重重的還是他的死因。
公元前210年，秦始皇第五次巡視全國，在回鹹陽的路上突然死去。秦始皇死後，其繼位者並不是頗有仁德的長子扶蘇，而是隨其出行的次子胡亥。後來同時隨行的趙高逼死胡亥欲自立為帝，因群臣不服才不得已立子嬰為帝。有人認為，本來秦始皇是要立扶蘇為帝的，並且已經下達了詔書，趙高和丞相李斯為了自己的私利，篡改詔書，改立胡亥為帝，並假擬詔書，逼扶蘇及蒙恬自殺。甚至有人認為，秦始皇並非正常死亡，而是死於非命，罪魁禍手就是趙高。
對於秦始皇的死，《史記》中記載頗多，《秦始皇本紀》、《李斯列傳》以及《蒙恬列傳》中都有記述。其中，《秦始皇本紀》是這樣記載的：
秦始皇37年（公無前210年），秦始皇開始第五次出巡，第一站到了湖北的雲夢澤，稍事休息後向南直到湖南南部的九嶷山。然後順長江東下，到江蘇、浙江一帶後轉頭向回走，從鎮江附近上船至長江口，接著沿海北上，到山東琅邪附近後又沿海而行，及至平原津（今山東平原）附近病倒了。秦始皇自知命將不久，命趙高寫遺書給受命監軍河套附近的長子扶蘇，要他將軍務交給蒙恬，速回鹹陽治喪。信還沒有送出，秦始皇就死在沙丘行宮（今河北刑台附近）之中。
事情似乎很明顯，曆史記載明明白白：秦始皇因勞累而死。《史記》還記載，秦始皇自幼就有各種疾病，比如蜂準（馬鞍形鼻梁）和摯鳥膺（雞胸）。醫學專家指出，這兩項病症都表明秦始皇先天不足或後天發育不足。另外，史記還記載秦始皇“有豺聲”（支氣管炎），一直以來體質較弱。同時，秦始皇個人生活荒淫無度，為人剛愎自用，無論大小事情都要親自過問，每日要批閱重達120斤的文書。先天疾病加上出巡時舟車勞頓，以及酷熱的天氣，在途中病死可以說合乎情理。
持反對意見者有自己的看法，他們認為即使秦始皇有病，也不一定在途中一命嗚呼，秦始皇極有可能是被趙高謀害的，而且他們還虛構了趙高串通李斯、胡亥二人篡改詔書的故事，也就是“沙丘之謀”。故事大致如下。
公元前210年7月，秦始皇的車駕到了平源津，秦始皇開始病重。由於他向來忌諱說死，群臣誰也不對此多加談論。到了沙丘平台時，病情更加嚴重。也許是他自知性命不保吧，命令隨行的趙高擬定詔書給長子扶蘇，讓他把軍務交給蒙恬，速回鹹陽治理喪事。詔書剛剛寫完還來不及封口交給使者，秦始皇就撒手歸西了。
秦始皇的死，多少還是讓趙高等人有點措手不及，他們沒想到秦始皇死得這麼快。手持玉璽和遺詔，趙高心中十分沉重，遺詔中寫得明明白白，讓扶蘇回朝辦理葬事，這就意味著扶蘇是秦王的繼承人無疑。趙高心裏清楚，如果讓扶蘇繼位的話，一定會任蒙恬為相，而蒙恬素來不恥他的所作所為。趙高開始策劃一個天大的陰謀當時知道遺詔內容的隻有他和李斯、胡亥三人，其他大臣一概不知。他假裝問李斯：“現在皇上死在出行的路上，立太子的事情沒有定下，如果傳出去的話可能會天下大亂，不知您是怎麼想的？”李斯早就想到這一層，他說：“不如暫且秘不發喪，把皇上的遺體置於車中，讓親信宦官守護，中途按例進膳，每到一地朝廷百官還照原樣向皇上報告，至於批複奏本的事就讓親信宦官在車中假托皇上的命令批複。”
之後，趙高拿著秦始皇的詔書，遊說胡亥：“現在皇上駕崩，雖然沒有遺詔由誰繼位，是卻賜信給長子扶蘇令他回鹹陽辦理喪事。我想扶蘇一到鹹陽必會即位。如果扶蘇繼位，不知道公子你是怎麼想的？”胡亥說：“我聽說賢明的君主了解大臣，賢明的父親了解兒子。父親傳位於大哥，我沒有什麼意見。”
趙高卻說：“公子有所不知，現在皇上已經駕崩，表麵上看你毫無機會繼位，實際上知道皇上駕崩的人隻有你、我和李斯三人，也就是說皇位歸誰取決於你我三人。我與李斯商量過了，如果公子有意，我們願意擁立你為皇上。”
胡亥聞言大驚，趙高竟然如此膽大包天，可是皇位對他的誘惑實在太大了，最後他說：“不知中丞準備怎麼行事？”趙高說道：“公子無需多慮，一切由我和李丞相安排。”