Famoso es el episodio que cuenta Palomino cuando pintaba una de sus últimas obras, los Desposorios místicos de Santa Catalina, para el convento de los Capuchinos de Cádiz. El pintor sufrió una fuerte caída pintando este lienzo, que posiblemente le llevó a la muerte días más tarde. Dictó testamento ante el escribano Juan Antonio Guerrero, aunque no llegó a firmarlo, ya que la muerte le sobrevino antes.
Fue enterrado en la iglesia de la Santa Cruz, un templo pequeño y modesto que acogería los restos del pintor. En ese templo contempló en vida el Descendimiento de Pedro de Campaña, en la capilla de Hernando de Jaén, y bajo ese retablo descansaría hasta la invasión francesa. En 1811 los franceses derribaron la iglesia de la Santa Cruz para abrir una plaza en su lugar, y los restos del insigne pintor se perderían para siempre.
Algunos de los bienes del artista fueron vendidos en pública almoneda el 27 de mayo de 1682. Los útiles del oficio fueron comprados por varios pintores por un valor total de 600 reales. Algunas pinturas fueron compradas por conocidos del pintor, como Nicolás Omazur y el presbítero José Bravo.