W latach 1975–1978 był w związku z modelką Annette Walter-Lax.

Śmierć Keith został zaproszony wraz ze swoją dziewczyną, Annette Walter-Lax, na przyjęcie z okazji premiery filmu Opowieść o Buddym Hollym wydane przez Paula McCartneya. Przyjęcie miało miejsce 6 września 1978.

Keith walczył z uzależnieniem od alkoholu, pomimo to tego wieczoru nie stronił od niego. W środku nocy Keith wrócił z Annette do mieszkania należącego do Harry’ego Nilssona, gdzie poszli spać. Po przebudzeniu się rano i zjedzeniu śniadania oraz obejrzeniu filmu zasnął powtórnie. Annette także poszła spać. Obudziła się około godziny 15:40. Zaniepokoiła się tym, że Keith nie chrapie, natychmiast zadzwoniła po ambulans. Pobudzenie akcji serca nic nie dało. Ciało zabrano do Middlesex Hospital, gdzie natychmiast stwierdzono śmierć.

Policyjne śledztwo wykazało, że Keith Moon zmarł podczas snu po zażyciu 32 tabletek (z czego 26 nie zostało nawet wchłoniętych) klometiazolu (Heminevrin), leku, który był częścią programu wyjścia z alkoholizmu. Tabletki te miały osłabiać głód alkoholowy, Keith natomiast popił je alkoholem. Po długoletnim używaniu narkotyków i piciu alkoholu organizm nie wytrzymał. Zmarł późnym popołudniem 7 września 1978 w pokoju numer 9 na 12 Curzon Place, London.