Rieder wurde im Juli 2014 erstmals Leukämie diagnostiziert. Im März 2015 erhielt er eine Knochenmarktransplantation von seiner Schwester und gab einen Monat später bekannt, dass er in Remission sei. Im November desselben Jahres kehrte der Krebs jedoch zurück und er erhielt eine zweite Knochenmarktransplantation, wiederum von seiner Schwester. Danach war er wieder in Remission. Doch der Krebs kehrte erneut zurück. Mark Oblow sagte in einem Interview für das Skateboard Mag: „Er ist nicht an Krebs gestorben, er hat den Krebs zweimal besiegt, wissen Sie, er war zweimal in Remission, es lag an einer verdammten Lungeninfektion, seine Wirbelsäule war so schwer geschädigt und an den Problemen, die die Chemotherapie an seinen Augen verursachte und an den Schäden, die sie an seiner Leber und seiner Lunge und all diesen Dingen anrichtete.“
Rieder starb am 12. Oktober 2016 an den Komplikationen einer Leukämie. Er war von über 50 Familienmitgliedern und Freunden umgeben.
Zahlreiche Prominente, darunter Tony Hawk, Cara Delevingne, Sharon Osbourne, Langley Fox, Cat Power und Camille Rowe, erinnerten sich an Dylan als eine Inspiration auf und abseits des Boards, einen sanften Menschen und einen großen Freund. Ozzy Osbourne erklärte: „Dylan Rieder. Einer der talentiertesten und mutigsten Männer… Ich fühle mich gesegnet, dich gekannt zu haben. Ruhe in Frieden Dylan. Meine Liebe und mein Beileid an seine Familie.“
Das Skateboard Mag würdigte Rieder mit den Worten: „Es ist schwer zu glauben, dass wir heute einen der Besten verloren haben, der jemals auf einem Skateboard gestanden hat. Dylan Rieder, dessen makelloser Style, explosive Power und epische Videoparts eine ganze Generation und darüber hinaus beeinflusst haben, ist heute an den Komplikationen einer Leukämieerkrankung verstorben. Ruhe in Frieden, Dylan. Unsere Gedanken und Gebete sind bei seinen Freunden und seiner Familie in dieser unglaublich schwierigen Zeit.“
Am 30. Oktober fand Rieder’s Gedenkfeier auf dem Hollywood Forever Cemetery statt. Hunderte von Freunden und Familienangehörigen waren anwesend, und es gab musikalische Beiträge von Austyn Gillette, Cat Power und Conor Oberst von Bright Eyes.
Am 13. November versammelten sich Rieder’s Freunde und Familie bei Sandy’s Oahu, Hawaii, wo ein Teil seiner Asche in den Ozean gestreut wurde.
In der Jason Dill-Episode von Epicly Later’d im Jahr 2017 sagte Dill, dass Dylan’s Mutter auch ihm und William Strobeck etwas von Dylan’s Asche gab. Dylans Asche wurde neben einem Bild von Dill und Dylan gezeigt, die sich umarmen.
