可以毫不夸张地说，秦始皇一身都是谜，除了前面提到过的身世之谜外，围绕着他还有各种各样解不开的谜团，比如修建长城、修建“高速公路”、求取仙药等，最让人们疑惑重重的还是他的死因。
公元前210年，秦始皇第五次巡视全国，在回咸阳的路上突然死去。秦始皇死后，其继位者并不是颇有仁德的长子扶苏，而是随其出行的次子胡亥。后来同时随行的赵高逼死胡亥欲自立为帝，因群臣不服才不得已立子婴为帝。有人认为，本来秦始皇是要立扶苏为帝的，并且已经下达了诏书，赵高和丞相李斯为了自己的私利，篡改诏书，改立胡亥为帝，并假拟诏书，逼扶苏及蒙恬自杀。甚至有人认为，秦始皇并非正常死亡，而是死于非命，罪魁祸手就是赵高。
对于秦始皇的死，《史记》中记载颇多，《秦始皇本纪》、《李斯列传》以及《蒙恬列传》中都有记述。其中，《秦始皇本纪》是这样记载的：
秦始皇37年（公无前210年），秦始皇开始第五次出巡，第一站到了湖北的云梦泽，稍事休息后向南直到湖南南部的九嶷山。然后顺长江东下，到江苏、浙江一带后转头向回走，从镇江附近上船至长江口，接着沿海北上，到山东琅邪附近后又沿海而行，及至平原津（今山东平原）附近病倒了。秦始皇自知命将不久，命赵高写遗书给受命监军河套附近的长子扶苏，要他将军务交给蒙恬，速回咸阳治丧。信还没有送出，秦始皇就死在沙丘行宫（今河北刑台附近）之中。
事情似乎很明显，历史记载明明白白：秦始皇因劳累而死。《史记》还记载，秦始皇自幼就有各种疾病，比如蜂准（马鞍形鼻梁）和挚鸟膺（鸡胸）。医学专家指出，这两项病症都表明秦始皇先天不足或后天发育不足。另外，史记还记载秦始皇“有豺声”（支气管炎），一直以来体质较弱。同时，秦始皇个人生活荒淫无度，为人刚愎自用，无论大小事情都要亲自过问，每日要批阅重达120斤的文书。先天疾病加上出巡时舟车劳顿，以及酷热的天气，在途中病死可以说合乎情理。
持反对意见者有自己的看法，他们认为即使秦始皇有病，也不一定在途中一命呜呼，秦始皇极有可能是被赵高谋害的，而且他们还虚构了赵高串通李斯、胡亥二人篡改诏书的故事，也就是“沙丘之谋”。故事大致如下。
公元前210年7月，秦始皇的车驾到了平源津，秦始皇开始病重。由于他向来忌讳说死，群臣谁也不对此多加谈论。到了沙丘平台时，病情更加严重。也许是他自知性命不保吧，命令随行的赵高拟定诏书给长子扶苏，让他把军务交给蒙恬，速回咸阳治理丧事。诏书刚刚写完还来不及封口交给使者，秦始皇就撒手归西了。
秦始皇的死，多少还是让赵高等人有点措手不及，他们没想到秦始皇死得这么快。手持玉玺和遗诏，赵高心中十分沉重，遗诏中写得明明白白，让扶苏回朝办理葬事，这就意味着扶苏是秦王的继承人无疑。赵高心里清楚，如果让扶苏继位的话，一定会任蒙恬为相，而蒙恬素来不耻他的所作所为。赵高开始策划一个天大的阴谋当时知道遗诏内容的只有他和李斯、胡亥三人，其他大臣一概不知。他假装问李斯：“现在皇上死在出行的路上，立太子的事情没有定下，如果传出去的话可能会天下大乱，不知您是怎么想的？”李斯早就想到这一层，他说：“不如暂且秘不发丧，把皇上的遗体置于车中，让亲信宦官守护，中途按例进膳，每到一地朝廷百官还照原样向皇上报告，至于批复奏本的事就让亲信宦官在车中假托皇上的命令批复。”
之后，赵高拿着秦始皇的诏书，游说胡亥：“现在皇上驾崩，虽然没有遗诏由谁继位，是却赐信给长子扶苏令他回咸阳办理丧事。我想扶苏一到咸阳必会即位。如果扶苏继位，不知道公子你是怎么想的？”胡亥说：“我听说贤明的君主了解大臣，贤明的父亲了解儿子。父亲传位于大哥，我没有什么意见。”
赵高却说：“公子有所不知，现在皇上已经驾崩，表面上看你毫无机会继位，实际上知道皇上驾崩的人只有你、我和李斯三人，也就是说皇位归谁取决于你我三人。我与李斯商量过了，如果公子有意，我们愿意拥立你为皇上。”
胡亥闻言大惊，赵高竟然如此胆大包天，可是皇位对他的诱惑实在太大了，最后他说：“不知中丞准备怎么行事？”赵高说道：“公子无需多虑，一切由我和李丞相安排。”
其实，赵高此时还没有与李斯透露立胡亥为帝的想法。赵高明白，李斯虽然也做过一些不光彩的事情，基本上还是一个正派之人，如果不抓住他的弱点，是不肯就范的。打定主意以后，赵高遂去劝说李斯。一开始，李斯还以忠于君事自命，赵高见好言相劝无效，冷笑一声说：“扶苏回咸阳后必然登位称帝，宠信蒙恬兄弟，任其为相。无论从才能、功劳、谋略、声望以及和扶苏的私人情谊来说，恐怕你都比不过蒙恬吧？这样一来，不仅你个人的荣华富贵没有了，子孙后代也将受到影响。现在公子胡亥就在此地，而且公子向来轻钱财，重人才，皇上所有的公子中没有人能比得上他。如果我们一起拥立公子为皇上，将来肯定会重用我们。”最终，为了保住相位，李斯同意了赵高的办法。
赵高三人狼狈为奸，对众大臣宣称始皇临死前立下遗诏，传位于胡亥，并任命李斯和赵高二人为相。为了赶尽杀绝，赵高又伪造了给扶苏的诏书，诏书的大意是，扶苏和蒙恬两人带兵屯边已十多年了，不但军事上没有丝毫进展，反而死亡了很多士兵。作为监军，扶苏没有立尺寸之功，反而多次上书对我进行诽谤，心存怨恨。作为人子，实属不孝之至，赐剑令自杀。将军蒙恬，长期与扶苏共事，不能帮助扶苏，反而参与他的阴谋活动，作为人臣不知尽忠，赐死。”他们将诏书盖上玉玺后，派胡亥的亲信为使者，将信送给扶苏。
使者向扶苏宣读秦始皇（赵高）的诏书后，扶苏大哭不止，回到内屋就要拔剑自杀。蒙恬劝他说诏书可能有假，扶苏不听，最终自杀身亡。蒙恬对使者的诏书表示怀疑，不肯自杀，使者命法吏把他关押到牢房中。
秦始皇死的时候正是农历七月，天气炎热，尸体很快就腐烂了。为了掩盖尸臭，赵高命人在车里装满鲍鱼，使人以为这是鲍鱼的味道。当赵高等人行至咸阳城外时，传来扶苏自杀的消息，胡亥等人非常高兴，他们知道夺嗣已经成功。一进咸阳城，胡亥就宣布了秦始皇的死讯，并公开举丧，并且顺利登上皇位，史称秦二世。
有史学家认为，无论是从秦始皇生前死后赵高的言行、以后的种种行为，还是他与扶苏、蒙恬、胡亥、李斯等人之间的利害关系来看，赵高谋害始皇的可能性很大。
第一，赵高有谋害秦始皇的机会。当时秦始皇养病的沙丘宫本是殷封王豢养禽兽的处所，四周荒凉，宫室空旷。战国时期的赵武灵王曾被困于此，最后活活饿死。可以想像沙丘宫是个与外隔绝的所在。这样的环境，加上赵高的特殊身份，谋害秦始皇的可能性不可谓不大。
第二，赵高谋害秦始皇对自己有利。赵高与蒙恬、蒙毅兄弟有怨。赵高曾经犯过大罪，当时秦始皇派蒙毅审理，虽然赵高百般抵赖并且设法利诱，但秉公执法的蒙毅还是判了赵高死罪。由于种种原因，秦始皇后来赦免了赵高。从此，赵高对蒙氏兄弟恨之入骨。当时的情况是，如果扶苏即位，与其交往甚密的蒙氏兄弟必将受宠，蒙氏兄弟向来不耻赵高所为，很可能重提旧事，劝说扶苏诛杀赵高。此时赵高压制扶苏、扶持胡亥不仅可以保住性命，而且日后还可以找机会除掉蒙氏兄弟。所以，赵高可能为了自身安危而谋害秦始皇。
也有人说，赵高是骑虎难下，无奈之际谋害了秦始皇。他们认为，秦始皇并非像史记中说的那样还没等诏书封上口就死了，而是随后出现了好转的迹象。但此时，赵高等的阴谋已经开始实施了。也就是说，如果秦始皇病情有所好转，得知诏书未发，赵高肯定会被处死。为了防止秦始皇好转后被杀，赵高一不做二不休，把秦始皇杀害了。
那么，秦始皇到底是不是被谋害的呢？如果是被谋害的话，凶手又是谁呢？我们认为，虽然杀害秦始皇对赵高来说自有其道理，但是联系当时的情况，赵高不可能也不敢谋害秦始皇。试想一下，秦始皇既然能口传遗诏，可见虽然有病，但头脑仍然清醒，而且皇上身边自然有人守护，只要秦始皇一声令下，那些守护者就会将赵高乱刃分尸。因此，我们认为赵高不会冒此大险谋害秦始皇。