Tijdens de Franse Revolutie werd de koninklijke familie weggehaald uit Versailles en in de Tuilerieën ondergebracht als constitutionele monarchen. In de praktijk hadden ze geen bewegingsvrijheid. De poging om naar de vesting van Montmédy te vluchten (ze werden in Varennes opgepakt) werd hun door de extremistische pers zwaar aangerekend. Naarmate de oorlog met Oostenrijk ten nadele van Frankrijk uitviel en de vijand de hoofdstad naderde werd het gepeupel in Parijs steeds extremer.
In augustus 1792 vielen de extremistische handwerkslieden, kleine handelaren en winkeliers de Tuilerieën aan, brachten de Wetgevende Vergadering ten val en sloten de koninklijke familie op in de Tour du Temple in Parijs. Al snel werd duidelijk dat hun lot bezegeld was. De nieuw verkozen Convention zette de koning af, hield een schijnproces waarbij alle rechtsregels met voeten getreden werden en koos ervoor om de koning geen verbanning of verdere opsluiting te gunnen.
Op 21 januari 1793 werd Lodewijk XVI terechtgesteld. In oktober van dat jaar begon de rechtszaak tegen Marie Antoinette, waarin zij van samenzwering tegen de Franse Republiek en nog een samenraapsel van verzonnen aanklachten, waaronder incest met haar zoontje, werd beschuldigd. De jury kreeg uiteindelijk slechts vier vragen voorgelegd:
- Hebben er manoeuvres en contacten bestaan met buitenlandse mogendheden en externe vijanden van de Republiek, om hun geld te geven en hun de toegang tot het Franse grondgebied te verschaffen, en hun legers te helpen?
- Heeft Marie Antoinette van Oostenrijk (…) meegewerkt aan deze manoeuvres en contacten?
- Heeft er een complot en samenzwering bestaan om een burgeroorlog te ontketenen in de Republiek?
- Heeft Marie Antoinette deelgenomen aan dit complot?
De aanklager had geen enkel bewijs. Om de jury over de streep te krijgen, voegde Robespierre de dokter van Marie Antoinette aan de jury toe, die hen wijsmaakte dat de koningin hoe dan ook niet lang meer te leven had. Zij werd schuldig bevonden en ter dood veroordeeld. Pogingen om haar broer, de nieuwe keizer Leopold II, te hulp te roepen, mislukten. Tijdens haar gevangenschap in de Conciergerie wachtte de koningin gelaten op haar lot.
Haar gevangenschap in de Conciergerie was zeer zwaar, ondanks het feit dat ze een aantal goede mensen om zich heen had. Zo was er het dienstmeisje Rosalie, dat ervoor zorgde dat er achter het bed een wandtapijt kwam te hangen, zodat het niet al te vochtig was. Ook zorgde Rosalie voor redelijk eten, dat ze vaak had gekregen van Parijse marktvrouwen die zo langzamerhand wel medelijden hadden met hun voormalige vorstin. Wel was er in de cel van Marie Antoinette voortdurend bewaking. De twee bewakers namen plaats achter een kamerscherm dat daar opgesteld was. Veel privacy was er dus niet voor de koningin en Marie Antoinette beklaagde zich daar meermaals over. Voordat ze de gevangenis verliet, om onthoofd te worden, kreeg ze een priester toegewezen die ze echter weigerde. In haar bijbel schreef ze ’s nachts om vijf uur dat ze geen tranen meer had om voor haar arme kinderen te huilen. Verder stelde ze haar testament op. Dit testament, dat bestemd was voor haar schoonzusje Madame Élisabeth, bereikte nooit de geadresseerde en werd jaren later in de paperassen van Robespierre teruggevonden. In dit document vroeg Marie Antoinette haar kinderen de dood van hun vader en moeder niet te wreken. Ook kwam zij terug op de pijnlijke beschuldiging van incest, niet alleen van haarzelf maar ook van Madame Elisabeth. Marie Antoinette schreef dat haar schoonzus het voorval snel moest vergeten en dat zij (Elisabeth) ook wel wist hoe gemakkelijk kinderen woorden in de mond gelegd konden worden.
Op 16 oktober 1893, nadat haar haren waren afgeknipt, zodat de valbijl ongehinderd zijn werk kon doen, werd Marie Antoinette naar de guillotine gebracht. Voorafgaand aan de executie waren veel Parijzenaren uitgelopen om getuige te zijn van dit spektakel. Langs de hele route stonden de mensen te wachten. Om Marie Antoinette nog meer te vernederen, werd ze niet in een afgesloten koets maar op een mestkar naar het schavot gebracht. In de Rue du Faubourg St. Honoré zat op een balkon van een bovenwoning de schilder Jacques-Louis David. Bij het langstrekken van de kar schetste hij de laatste tekening die van Marie Antoinette bekend is. Hij tekende haar met haar Habsburgse onderlip, haar mond minachtend samengeknepen. Gedurende de tocht naar het schavot toonde Marie Antoinette niet één keer angst, wat de Parijzenaren enigszins tegenviel. Anders zou dit zijn bij de voormalige maîtresse van Lodewijk XV, Madame du Barry, die zo hard zou schreeuwen dat de mensen straten verderop nog kippenvel hadden.
Op het schavot werd ze door het Parijse volk nogmaals vernederd en bespot. Het verhaal gaat dat toen de Parijse meester-beul Charles-Henri Sanson haar gebood op het schavot te komen, ze dit zo gehaast deed dat ze per ongeluk op de voet van Sanson stapte. In haar laatste ogenblikken zou ze zich hiervoor verontschuldigd hebben met de woorden:
“Monsieur, je vous demande excuse, je ne l’ai pas fait exprès” (Meneer, mijn excuses, ik heb het niet expres gedaan).
Nadat haar hoofd gevallen was, doopten veel mensen hun mouwen in haar bloed.
De dienstdoende ambtenaar van de stad Parijs meldde later dat het lichaam van Marie Antoinette met het hoofd tussen de benen begraven was op het kerkhof van het klooster Madeleine. Tevens waren haar stoffelijke resten bedekt met een laag ongebluste kalk. Het kerkhof, dat een bescheiden grootte had, bevond zich vlak bij de grote boulevards (waaronder de Boulevard Haussmann). Het is inmiddels geruimd. Op de plek waar de koninklijke lichamen gevonden zijn, staat nu een boetekapel (chapelle expiatoire). Op de plek waar de koning 29 jaar lang begraven lag, staat nu een marmeren altaar. Op de pilaren staan de laatste wilsbeschikkingen van het koninklijk paar. Marie Antoinette en Lodewijk XVI zelf werden 29 jaar na hun oneervolle begrafenis opgegraven en bijgezet in de crypte van de basiliek van Saint-Denis. Dit gebeurde in opdracht van de broer van Lodewijk, Lodewijk XVIII. Op de Place de la Concorde (waar tijdens de Revolutie de guillotine stond) bevindt zich een gedenkplaat ter herinnering aan de onthoofding van het koninklijk paar.
