Tuberculeux, s’exténuant à la forge, à la chasse et dans des nuits de débauche, Charles crache du sang. Les seuls instants de paix que Charles semble avoir trouvés en s’échappant du Louvre et de sa famille étaient auprès de sa maîtresse Marie Touchet. Le 24 août 1572 eut lieu le sinistre massacre de la Saint-Barthélemy. Trois jours d’émeutes et d’égorgements qui s’étendirent à toute la France.
L’esprit de Charles, traumatisé par ces massacres, plongea alors dans les hallucinations de remords et de terreur. Son pauvre corps suait le sang par tous les pores pendant que le pus se distillait. Avec les évènements politico-religieux du moment cette agonie, qui dura deux ans devint vraiment tragique dans les derniers mois. Sa nourrice huguenote, Nanon, qui le veillait en tentant de le réconforter ne put faire davantage.
Le 30 mai 1574 sonnait la fin de son épouvantable cauchemar et de ses souffrances. Il s’éteignit dans les bras de sa mère qu’il venait, par ordonnance, de désigner régente du royaume en attendant le retour d’Henri de Pologne qui allait ceindre la couronne sous le nom d’Henri III.
Malgré toute la solennité requise, les funérailles de Charles furent pitoyables. Sa dépouille, d’abord transportée à Saint-Antoine-des-Champs le 11 juin, gagna la cathédrale Notre-Dame le lendemain où les voûtes retentissent encore des querelles de préséance entre la noblesse, le clergé et le parlement. Pour l'accompagner à Saint-Denis, nonobstant la magnificence, le cortège s’était transformé en peau de chagrin composée de rares gentilshommes et précédée de quelques archers ! Il fut inhumé dans la rotonde des Valois toujours inachevée.
En 1719, la rotonde étant détruite, ses restes furent placés avec ceux de ses parents et de ses frères dans un caveau.
Le 18 octobre 1793, on profanait le caveau des Valois. Les restes de Charles IX, jetés dans une fosse, furent déposés en 1817 dans l’ossuaire de la basilique Saint-Denis.
Il est à noter que la décision de faire débuter l’année calendaire le 1er janvier fut prise sous son règne, en décembre 1564.