Op 8 maart 2013 kwam het album The Next Day uit. De eerste single uit dat album, Where Are We Now?, kwam onaangekondigd uit in de vroege ochtend van 8 januari 2013, Bowies 66e verjaardag. Het werd aangekondigd via een Twitterbericht dat insloeg als een bom. Wereldwijd brachten media het nieuws van de 'terugkeer' van David Bowie. Zelfs het NOS Journaal besteedde er op televisie ruime aandacht aan. Het nummer Where Are We Now? was direct te downloaden en werd zo vaak via internet verkocht dat het nummer nog dezelfde middag in meer dan 20 landen op de eerste plaats van de iTunes hitlijsten stond. De nieuwe single en de aankondiging van het nieuwe album dat twee maanden later zou komen, zorgde wereldwijd voor een enorme hausse aan berichten en artikelen op websites, in kranten en tijdschriften en veel aandacht op radio en televisie. Bowie was na jarenlange stilte weer helemaal 'terug'.
Sinds 2013 trekt de internationale tentoonstelling 'David Bowie Is' de wereld rond met meer dan 300 objecten, waaronder kostuums, handgeschreven songteksten, kunstwerken en meer. De verzameling van de voorbije 50 jaar toont hoe David Bowie werd beïnvloed door kunst, theater, mode en muziek. De multi-mediale expositie is samengesteld door het Victoria and Albert Museum in Londen en laat Bowies carrière van begin tot eind zien, in honderden grote en kleine objecten. Bezoekers horen op hun koptelefoon commentaar bij de dingen die ze bekijken. Eind 2015 strijkt de tentoonstelling neer in het Groninger Museum en wordt een enorm succes. Tijdens deze tentoonstelling wordt op 10 januari plotseling bekend dat David Bowie is overleden. Dat zorgt nog eens voor een forse toename van de belangstelling. Op 10 januari zoekt een groot aantal aangeslagen Bowiefans troost in het museum en ook in de weken erna is de belangstelling enorm. Niet alleen Nederlanders bezoeken de tentoonstelling, maar er zijn ook veel bezoekers uit het buitenland. In totaal heeft David Bowie Is in Groningen 200.700 bezoekers getrokken. De tentoonstelling trok alleen in Londen een groter publiek, maar in wereldsteden als Berlijn, Parijs, Melbourne, Toronto, Sao Paulo en Chicago werden zulke bezoekersaantallen niet gehaald.
De video voor de single Blackstar – een bijna tien minuten durend nummer dat werd geschreven als titelmuziek voor de tv-serie The Last Panthers – verscheen wereldwijd op 19 november 2015. Op 7 december 2015 ging in New York de musical Lazarus in première, die werd geregisseerd door de Belgische regisseur Ivo van Hove. Voor deze musical werd bestaande muziek van David Bowie gebruikt, maar hij heeft speciaal voor deze productie ook vier nieuwe nummers geschreven, die in oktober 2016 zijn uitgebracht op het castalbum van Lazarus. Op dit album staat een groot aantal Bowie-liedjes, uitgevoerd door de cast van de musical met zanger Michael C. Hall. Op een aparte cd/lp staan de vier composities die Bowie speciaal voor de musical Lazarus heeft geschreven en opgenomen: No Plan, Killing a Little Time, When I Met You en de originele versie van het nummer Lazarus.
Op 8 januari 2016 (zijn verjaardag) bracht Bowie zijn laatste studioalbum uit, getiteld Blackstar. De musici met wie Bowie jarenlang had samengewerkt, werden vervangen door jazzmusici.
Op 10 januari 2016 overleed Bowie in New York, twee dagen na zijn negenenzestigste verjaardag en na het uitkomen van zijn album Blackstar. Zijn dood was voor de media, fans, collega's en zelfs zijn meeste vrienden onverwacht. In de nacht van zijn overlijden twitterde Bowies vrouw Iman de tekst "The struggle is real, but so is God", wat wijst op een doodsstrijd. Het bericht van Bowies dood wordt – eveneens via Twitter – bekendgemaakt door Bowies zoon Duncan Jones die laat weten dat hij "helaas" moet bevestigen dat zijn vader is overleden.
In de zomer van 2014 was al ontdekt dat Bowie leed aan leverkanker, maar Bowie heeft zijn ziekte volledig buiten de publiciteit gehouden. Alleen de mensen waar mee hij direct werkte wisten ervan. Voor de meeste muziekcritici werd pas na het overlijden van Bowie duidelijk dat op het album Blackstar een groot aantal concrete verwijzingen naar zijn aanstaande overlijden was verwerkt in de tekst van de nummers, de vormgeving van de albumhoes en de videoclips. Vooral de clip bij het nummer Lazarus kan bij nader inzien als een soort zwanenzang worden beschouwd.