Lange schon wollte Winckelmann eine Reise nach Deutschland unternehmen, um seine Freunde zu besuchen. Mit einigen verband ihn eine enge Korrespondenz, seitdem er seine Heimat verlassen hatte, mit anderen war er während ihres Aufenthaltes in Rom bekannt geworden. Zudem erhielt er in den letzten Jahren immer häufiger offizielle Einladungen von Institutionen und hochgestellten Persönlichkeiten.

Die Reise sollte über Bologna, Venedig, Verona, nach Augsburg, München, Wien, Prag, Leipzig, Dessau, Berlin bis nach Hannover und Göttingen führen. In Leipzig wollte er bei seinem Freund Adam Friedrich Oeser Station machen, bei dem der junge Goethe – ein begeisterter Verehrer Winckelmanns – studierte, in Dessau erwartete ihn Leopold Friedrich Franz Fürst von Anhalt-Dessau, in Berlin sein guter Freund Muzell-Stosch und in Göttingen Christian Gottlob Heyne, der die Archäologie als Wissenschaftsdisziplin an den deutschen Universitäten begründete. Im Herbst wollte Winckelmann in der Schweiz sein und von dort aus nach Italien zurückkehren. Er reiste am Morgen des 10. April 1768 aus Rom ab. Begleitet wurde er von dem Bildhauer Bartolomeo Cavaceppi (1716–1799), der zahlreiche Antiken der Sammlung des Kardinals Albani ergänzt hat.

Als die beiden die Tiroler Alpen durchquerten, erkrankte Winckelmann. Sein seelischer Zustand verschlechterte sich während der beschwerlichen Reise in der Postkutsche zunehmend, die hohen Berge schienen ihm erdrückend, und er hatte nur noch einen Wunsch: zurück nach Rom. Dem Freunde zuliebe ließ er sich mühsam bis Regensburg mitschleppen. Doch dann beschloß er, endgültig umzukehren. In Begleitung von Cavaceppi reiste Winckelmann noch bis Wien, wo er von der österreichischen Kaiserin Maria Theresia empfangen wurde. Nach einem Fieberanfall reiste Winckelmann nach Triest, wo er sobald wie möglich ein Schiff nach Ancona nehmen und von dort auf dem Landweg nach Rom reisen wollte. Als sich die Abfahrt des Schiffes mehrere Tage verzögerte, wurde Winckelmann am 8. Juni 1768 das Opfer eines grausamen Mordes. Der Täter, Francesco Arcangeli, ein wegen Diebstahls vorbestrafter Koch, wurde bald nach der Tat gefaßt und am 20. Juli 1768 hingerichtet.

Winckelmanns grausamer Tod erschütterte viele. „Winckelmann genoß einer solchen allgemeinen, unangetasteten Verehrung [...] Nun vernahmen wir jungen Leute mit Jubel, daß Winckelmann aus Italien zurückkehren, seinen fürstlichen Freund besuchen, unterwegs bey Oesern eintreten und also auch in unsern Gesichtskreis kommen würde. [...] und wie ein Donnerschlag bey klarem Himmel fiel die Nachricht von Winckelmanns Tode zwischen uns nieder.“ berichtet Goethe in seinen Lebenserinnerungen.
Johann Joachim Winckelmanns neue Sicht der Antike und seine humanistischen Ideale beeinflußten nachhaltig die Literatur der deutschen Klassik. Hier wirkte er vor allem auf Lessing, Herder und Goethe. Für die Kunst des europäischen Klassizismus war Winckelmann einer der großen Wegbereiter. Sein von Sehnsucht und Liebe zur Freiheit geprägtes Bild der Antike bewirkte, weit über die Beschäftigung mit dem Altertum hinaus, die antike Kunst und Kultur zu einem lebendigen und schließlich zum persönlichen Erlebnis zu machen. Winckelmanns wissenschaftliches Werk hat die Klassische Archäologie als moderne Wissenschaft in ihren Grundlagen geprägt und die Entwicklung der archäologischen Forschung und Methodik für lange Zeit bestimmt.