El agresor, Manuel Pardiñas, un anarquista,[2]​ realizó tres disparos; solamente el tercero alcanzó a Canalejas, que falleció de manera prácticamente instantánea tras perforar la bala su cráneo.

[3]​ Instantes después fue reducido por un policía a golpes de porra y al sentirse acorralado se suicidó disparándose dos disparos con la misma pistola del atentado.

[5]​ No se puede saber con certeza si el atentado respondió a un plan premeditado o no; la estancia de Pardiñas en la zona podría haber obedecido a su intención de atentar contra Alfonso XIII, pues según la investigación policial la presencia de Canalejas en la Puerta del Sol no pudo haber sido prevista de antemano.

En 1870 el general Juan Prim había sido asesinado en un confuso atentado, y en 1897 el político conservador Antonio Cánovas del Castillo también fue asesinado por un anarquista italiano.

En 1912 Enrique Blanco y Adelardo Fernández Arias realizaron un cortometraje de 5 minutos mudo semidocumental sobre su asesinato y entierro titulado Asesinato y entierro de don José Canalejas, que fue la primera película interpretada por el actor José Isbert, con veintiséis años.