2015年冬天，李小文突然暈倒在家裏，下午開始吐血。李小文被緊急送往醫院。醫生診斷李小文是肝硬化導致的消化道大出血。因為病情迅速惡化，第二天李小文不幸去世。
中國科學院院士李小文先後在北京大學、清華大學和中國科學院研究生院舉辦遙感科學講座，建立科研團隊研究遙感，為中國遙感科學的發展提供了寶貴的力量。