Según información desclasificada por la CIA, fue asesinado por orden del general Augusto Pinochet en Washington D. C. por el agente de la DINA chilena, Michael Townley, en 1976.

Aunque nació en Temuco, vivió gran parte de su niñez en Santiago.

Este hecho fue denunciado como una persecución política por el entonces senador Salvador Allende, ya que ese año Letelier había ingresado al Partido Socialista.

[4]​ En esa época, estaba casado con Isabel Margarita Morel Gumucio, con quien tuvo tres hijos, Cristián Alfredo, José Ignacio y Francisco Javier, sumándose después su último hijo, Juan Pablo.

y se radicó, a instancias del escritor estadounidense Saul Landau, en Washington.

Su actividad académica enfureció a la dictadura chilena y provocó que Augusto Pinochet, el 10 de septiembre de 1976, publicara oficialmente el decreto que le retiró la nacionalidad chilena.

[7]​ Diego Arria gestiona con las autoridades estadounidenses el traslado de cuerpo de Orlando Letelier para que fuera sepultado en Venezuela, pues Pinochet no permitió enterrarlo en Chile.

Este esfuerzo, conocido como Operación Cóndor, incluyó naciones como Brasil, Argentina, Chile, Paraguay, Uruguay y Bolivia.