روز ٣١ شهریور ۱۴۰۱ در حال سفر در استان مازندران و در نزدیکی متل قو به ضرب گلوله کشته شد. در لحظه برخورد گلوله، شیرین علیزاده در خودرویی در مسیر تنکابن به چالوس در حرکت بود. شیرین  مشغول تصویربرداری از درگیری معترضان با نیروهای مستقر در پایگاه بسیج با دوربین تلفن همراه خود بود که به او شلیک شد و لحظه برخورد گلوله و مرگ وی بر روی تلفن همراه او ضبط شد. این ویدئو به صورت گسترده  در شبکه‌های اجتماعی پخش شد.   زمان کشته شدن شیرین علیزاده، پسر ۷ ساله او نیز در همان خودرو و شاهد صحنه مرگ مادر خود بود. نیروهای امنیتی اجازه انتقال پیکر شیرین علیزاده به اصفهان، تحویل آن به خانواده و اجازه خاکسپاری و برگزاری مراسم را تنها پس از تهدیدهای فراوان و کسب تعهد از آن‌ها صورت دادند. جو امنیتی شدیدی در این مراسم حاکم بود. در مراسم چهلم شیرین نیز ماموران لباس شخصی و انتظامی مسلح، به  مراسم حمله کرده و مانع شروع مراسم چهلم ‌شدند. زمانی که جمعیت به سمت آرامستان باغ رضوان اصفهان در حرکت بود درب‌ها را بسته و  ماموران به جمعیت عزادار  با باتوم، گاز اشک آور، شوکر، بمب صوتی و تفنگ ساچمه‌ای حمله کردند. شماری از  حاضران از جمله مادر شیرین علیزاده و عموی او و تعداد زیادی دوستان و مردم معترض بر اثر برخورد گلوله ساچمه‌ای مورد جراحت قرار گرفتند.