根据历史记载，曹冲死于疾病，夭折的那年正好和赤壁之战是同一年，年仅13岁。曹冲是曹操最爱的一个儿子，曹冲患重病期间曹操亲自祈求上天保佑，最后还是未能如愿。曹冲自幼非常聪慧，历史上非常有名的曹冲称象典故就是表现其聪明的故事之一。曹冲的早夭令曹操非常伤心，只是三国时期医疗技术有限，死于疾病的英年早逝之例不在少数。
《三国演义》中，曹冲是被二哥曹丕设计用毒蛇咬死的。小说为了戏剧张力，也为了刻画曹丕的反面形象，对于曹冲之死采用了这样的说法。然而小说毕竟虚构成分较多，可信性并不算太大。
坊间有一种说法是曹冲仍然是死于曹丕之手。曹丕以曹冲生母环夫人性命要挟，曹冲不得已饮下了曹丕的毒酒，才护住母亲性命。只是自己由于身体虚弱，未能幸免。《三国志》中曾有一段描述：文帝宽喻太祖，太祖曰：‘此我之不幸，而汝曹之幸也。’”意思是曹冲的死对我来说是非常不幸的事，对你却是一件大好事。可见曹操也怀疑曹冲之死与曹丕有关。曹操众多儿子中，大儿子曹昂未能幸免于世。曹丕虽然是二儿子，曹操却对曹冲宠爱有加，并有意让曹冲继承大统。
对于曹冲死于曹丕之手的说法很多史学家持相反态度，他们认为曹操虽然对曹冲宠爱有加，然而曹冲毕竟年幼，立嫡立长都轮不上曹冲。所以说更多数人支持曹冲死于疾病的说法。