สมเด็จพระนางเจ้ารำไพพรรณี พระบรมราชินี ทรงเริ่มมีพระอาการประชวรด้วยพระโรคความดันพระโลหิตสูง ตั้งแต่ พ.ศ. 2518 ในขณะที่มีพระชนมพรรษาได้ 71 พรรษา และวันที่ 22 พฤษภาคม พ.ศ. 2527 เวลา 15.50 นาฬิกา พระองค์เสด็จสวรรคตด้วยพระหทัยวายโดยพระอาการสงบ ณ พระตำหนักวังศุโขทัย รวมพระชนมพรรษาได้ 79 พรรษา 5 เดือน 2 วัน พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวภูมิพลอดุลยเดชมีพระบรมราชโองการโปรดเกล้าฯ ให้สำนักพระราชวังจัดการพระบรมศพถวายพระเกียรติยศตามราชประเพณี 

โดยอัญเชิญพระบรมศพถวายพระลองทองใหญ่ประกอบพระโกศ ประดิษฐานเหนือพระแท่นสุวรรณเบญจดลจำหลักลายประดับรัตนชาติภายใต้สัปตปฎลเศวตฉัตร (ฉัตร 7 ชั้น) ณ พระที่นั่งดุสิตมหาปราสาท ภายในพระบรมมหาราชวัง พร้อมทั้งทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้พระบรมวงศานุวงศ์และข้าทูลละอองธุลีพระบาทในราชสำนักไว้ทุกข์ถวาย มีกำหนด 100 วัน ตั้งแต่วันสวรรคตเป็นต้นไป นอกจากนี้ สำนักนายกรัฐมนตรีได้ประกาศให้สถานที่ราชการต่าง ๆ ลดธงครึ่งเสาเป็นเวลา 3 วัน และให้ข้าราชการไว้ทุกข์เป็นเวลา 15 วันอีกด้วย

สำหรับพระเมรุมาศในพระราชพิธีถวายพระเพลิงพระบรมศพ ออกแบบโดย นายประเวศ ลิมปรังษี โดยใช้พระเมรุมาศองค์กลางของสมเด็จพระศรีพัชรินทราบรมราชินีนาถ มาเป็นแนวทางในการออกแบบ และพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว ทรงมีกระแสพระราชดำรัสถึงแนวทางการออกแบบว่า “ขอให้ดำเนินการโดยประหยัด แต่ให้ครบถ้วนตามขัตติย ราชประเพณี และสมพระเกียรติยศพระบรมศพ อีกประการหนึ่ง ฐานพระเมรุมาศไม่ควรสูงนักจะเป็นการลำบาก แก่พระบรมวงศานุวงศ์ที่จะขึ้นถวายพระเพลิงพระบรมศพ ซึ่งทรงเจริญพระชนมายุมากพระพรรษาด้วยกันหลายพระองค์”

พระเมรุมาศ เป็นอาคารทรงปราสาทแบบจตุรมุข ยอดทรงมณฑปประกอบด้วยพรหมพักตร์ ยอดบนสุดประดิษฐานสัปตปฎลเศวตฉัตร ตัวอาคารประกอบด้วยชั้นฐานทักษิณสำหรับองค์พระเมรุมาศนั้น ส่วนหลังคาประกอบด้วยมุขทิศและเครื่องยอด ประดับตกแต่งด้วยลวดลายกระดาษทองย่นฉลุสาบสี หน้าบันประดับพระนามาภิไธยย่อ ร.พ. องค์พระเมรุเป็นอาคารโถง ตกแต่งด้วยม่านผาตาด มีฉากบังเพลิง ผนังภายนอกประดับลายกระดาษทองย่นฉลุลายสีแบบลงยา ผนังภายในใช้สีชมพูเป็นพื้นส่วนฐานทักษิณมีบันได 4 ทิศ ประดับด้วยรูปปั้นเทวดา ในท่านั่งบนแท่นเสาพนักลูกกรงระเบียงโดยรอบ ตามคติไตรภูมิตามแบบโบราณราชประเพณีทุกประการ

ในวันที่ 9 เมษายน พ.ศ. 2528 จึงมีการจัดพระราชพิธีถวายพระเพลิงพระบรมศพ ณ พระเมรุมาศ ท้องสนามหลวง หลังจากนั้น จึงมีการเชิญพระโกศพระบรมอัฐิขึ้นประดิษฐาน ณ พระวิมานองค์ซ้าย พระที่นั่งจักรีมหาปราสาท และเชิญพระราชสรีรางคารไปบรรจุที่ฐานพุทธบัลลังก์พระพุทธอังคีรส ณ วัดราชบพิธสถิตมหาสีมารามราชวรวิหาร