Büyükhanlı Holding'in varisi olan Cem Büyükhanlı, İstanbul'un Beşiktaş ilçesine bağlı Bebek semtinde bulunan evinde ölü olarak bulundu. Olayın ardından henüz ölüm nedeni açıklanmazken, yaklaşık bir hafta önce akciğerlerindeki rahatsızlık nedeniyle hastanede tedavi gördüğü ve taburcu edildiği belirtildi. Cem Büyükhanlı, evinde yalnız yaşamaktaydı ve köpeğiyle birlikte yaşamını sürdürüyordu.
Ünlü oyuncu Bennu Gerede ile 20102011 yılları arasında evli kalan Cem Büyükhanlı, ölümünün ardından eski eşi tarafından duygusal bir paylaşımla anıldı. Bennu Gerede, sosyal medya üzerinden yaptığı paylaşımda Cem Büyükhanlı için özel sözler yazarak onun hafızasını yaşatmaya çalıştı. Paylaşımında, "Sevgili Cem'im, gerçekten parlayan bir ışıktın, olağanüstü yetenekli. Ancak ağır bir acı yükü taşıyordun. Çok büyük acı çeken bir ruh, kafese kapatılmış bir hayvan gibiydin, bu dünyanın taşıyamayacağı kadar uçsuz bucaksızdın. Bu gezegende birlikte geçirdiğimiz zaman için minnettarım ve umarım bir sonraki yolculuğunda aradığın sevgiyi ve huzuru bulursun. Kalbimde sonsuza kadar özel bir yerin olacak. Huzur içinde yat" ifadelerini kullandı.
Cem Büyükhanlı'nın ölümüyle ilgili detaylar henüz açıklığa kavuşmamışken, sevenleri ve ailesi tarafından üzüntüyle karşılandı.