Innocent VI meurt le 12 septembre 1362. La cérémonie funèbre a lieu à la Chartreuse, en présence du roi Jean II, le 22 novembre suivant. Le pontife est enseveli dans le tombeau qu'il venait tout juste de se faire édifier dans la chapelle de la Sainte-Trinité à côté du chœur des religieux. Les premières mentions repérées de cette chapelle sépulcrale sont de 1360, date à laquelle le pape avait donné ordre au prieur Pierre de La Porte de procéder à sa construction, et de 1361, date à laquelle les comptes de la Chambre apostolique font état de divers paiements au maître de pierre, Bertrand Nogayrol, « directori operum domini nostri pape, pro certis operibus per ipsum factis et faciendis fieri isto mense [...] in monumento quod ædificavit in domo cartusiensi palacii Villenove pro sepultura domini nostri pape ». Suit le détail des versements aux exécutants de l'ouvrage : à un certain Thomas de Tournon, lapicide avec ses assistants, scieurs de pierre notamment et à Barthélemy Cavalier « qui facit monumentum domini nostri pape », recevant à lui seul soixante livres et en lequel on reconnaît le sculpteur du gisant. A la révolution le tombeau reste un certain temps à l'abandon. Puis quelques érudits s'étant émus de la situation précaire de l'oeuvre, le monument est déplacé, en 1835, grâce à la réaction scandalisée de Prosper Mérimée. Il trouve place pour plus d'un siècle dans la chapelle de l'hospice de Villeneuve. Le tombeau est remis à sa place initiale en 1959.