A las 18:05 horas del jueves 4 de abril de 1968, Martin Luther King fue asesinado a tiros mientras se encontraba en un balcón fuera de su habitación del segundo piso del Motel Lorraine en Memphis, Tennessee. La noticia del asesinato de King provocó grandes estallidos de violencia racial, con el resultado de más de 40 muertes en todo el país y grandes daños materiales en más de 100 ciudades estadounidenses. James Earl Ray, un fugitivo de 40 años, confesó posteriormente el crimen y fue condenado a 99 años de prisión. Durante el funeral de King se reprodujo una grabación en la que King hablaba de cómo quería ser recordado tras su muerte: «Me gustaría que alguien mencionara ese día que Martin Luther King, Jr. intentó dar su vida al servicio de los demás» (King, «Drum Major Instinct», 85).
King había llegado a Tennessee el miércoles 3 de abril para preparar una marcha el lunes siguiente en nombre de los trabajadores sanitarios de Memphis en huelga. Cuando se preparaba para salir del Motel Lorraine para una cena en la casa del ministro de Memphis Samuel «Billy» Kyles, King salió al balcón de la habitación 306 para hablar con los colegas de la Conferencia de Liderazgo Cristiano del Sur (SCLC) que estaban en el aparcamiento de abajo. Un asesino disparó un solo tiro que le causó graves heridas en la parte inferior derecha de la cara. Los ayudantes de la SCLC corrieron hacia él y Ralph Abernathy acunó la cabeza de King. Otros que estaban en el balcón señalaron al otro lado de la calle, hacia la parte trasera de una casa de huéspedes en South Main Street, donde parecía haberse originado el disparo. Una ambulancia trasladó a King al Hospital St. Joseph, donde los médicos lo declararon muerto a las 7:05 p.m.
El presidente Lyndon B. Johnson convocó un día de luto nacional para el 7 de abril. En los días siguientes, se cerraron las bibliotecas públicas, los museos, las escuelas y las empresas, y se pospuso la ceremonia de los Premios de la Academia y numerosos eventos deportivos. El 8 de abril, la viuda de King, Coretta Scott King, y otros familiares se unieron a miles de participantes en una marcha en Memphis en honor a King y en apoyo a los trabajadores sanitarios. El servicio fúnebre de King se celebró al día siguiente en Atlanta, en la Iglesia Bautista Ebenezer. Asistieron muchos de los líderes políticos y de derechos civiles del país, como Jacqueline Kennedy, el vicepresidente Hubert Humphrey y Ralph Bunche. El presidente del Morehouse College, Benjamin Mays, pronunció el panegírico, y predijo que King «probablemente diría que, si la muerte le llegara, estoy seguro de que no hay mayor causa por la que morir que la lucha por conseguir un salario justo para los recolectores de basura» (Mays, 9 de abril de 1968). Más de 100.000 dolientes siguieron a dos mulas que tiraban del ataúd de King por las calles de Atlanta. Tras otra ceremonia en el campus de Morehouse, el cuerpo de King fue enterrado inicialmente en el cementerio de South-View. Finalmente, fue trasladado a una cripta junto a la Iglesia Ebenezer en el Centro King, una institución fundada por la viuda de King.
Poco después del asesinato, un policía descubrió un bulto que contenía un rifle Remington 30.06 junto a la pensión. La mayor investigación de la historia de la Oficina Federal de Investigación (FBI) llevó a sus agentes a un apartamento de Atlanta. Las huellas dactilares descubiertas en el apartamento coincidían con las de James Earl Ray, un fugitivo que se había escapado de una prisión de Missouri en abril de 1967. Los agentes del FBI y la policía de Memphis aportaron más pruebas de que Ray se había registrado el 4 de abril en la casa de huéspedes de South Main Street y que había tomado una habitación en el segundo piso, cerca de un baño común, con vistas al Motel Lorraine.
La identificación de Ray como sospechoso dio lugar a una persecución internacional. El 19 de julio de 1968 Ray fue extraditado a Estados Unidos desde Gran Bretaña para ser juzgado. En marzo de 1969, los fiscales de Tennessee acordaron renunciar a la pena de muerte si Ray se declaraba culpable de los cargos de asesinato. Las circunstancias que condujeron a la declaración se convirtieron más tarde en una fuente de controversia, cuando Ray se retractó de su confesión poco después de ser condenado a una pena de 99 años de prisión.
Durante los años que siguieron al asesinato de King, las dudas sobre la idoneidad del caso contra Ray se vieron alimentadas por las revelaciones sobre la amplia vigilancia de King por parte del FBI y otras agencias gubernamentales. A partir de 1976, el Comité Selecto de Asesinatos de la Cámara de Representantes, presidido por el representante Louis Stokes, reexaminó las pruebas relativas al asesinato de King, así como al del presidente John F. Kennedy. El informe final del comité sugería que Ray podría haber tenido co-conspiradores. No obstante, el informe concluyó que no había pruebas convincentes de la complicidad del gobierno en el asesinato de King.
Después de retractarse de su declaración de culpabilidad, Ray siguió manteniendo su inocencia, afirmando haber sido incriminado por un contrabandista de armas que conocía como «Raoul». En 1993, el abogado de Ray, William F. Pepper, trató de recabar el apoyo popular para reabrir el caso de Ray mediante la organización de un simulacro de juicio televisado de Ray en el que el «jurado» lo declaró inocente. En 1997, miembros de la familia de King apoyaron públicamente la petición de Ray de un nuevo juicio, y el hijo de King, Dexter Scott King, apoyó las afirmaciones de inocencia de Ray durante un encuentro televisado en la cárcel. A pesar de este apoyo, las autoridades de Tennessee se negaron a reabrir el caso, y Ray murió en prisión el 23 de abril de 1998.
Incluso después de la muerte de Ray, siguieron apareciendo acusaciones de conspiración. En 1999, en nombre de la viuda y los hijos de King, Pepper ganó un veredicto civil simbólico de muerte por negligencia contra Lloyd Jowers, propietario del Jim’s Grill, un restaurante situado frente al Motel Lorraine. Aunque en el juicio se produjeron considerables testimonios que contradecían el caso original contra Ray, el Departamento de Justicia anunció en 2000 que su propia investigación interna, iniciada en 1998 a petición de la familia King, no había encontrado pruebas suficientes para justificar una nueva investigación.