La Oficina del Sheriff del Condado de Los Ángeles confirmó que a los 67 años, fue hallado inconsciente por los servicios de emergencia y declarado muerto a las 8:25 de la mañana. Su representante informó que sufrió un paro cardíaco. No se encontraron signos de violencia ni indicios de un hecho delictivo.

Con más de 346 créditos en IMDb, Madsen fue una figura emblemática del cine de Quentin Tarantino. Debutó en los años 80, pero se hizo mundialmente conocido en 1992 con el papel de Mr. Blonde en Reservoir Dogs (Perros de la calle), donde protagonizó una escena ya icónica del cine independiente.

También trabajó en Kill Bill Vol. 1 y 2, Los ocho más odiados y Érase una vez en Hollywood. En su carrera rechazó el papel de Vincent Vega en Pulp Fiction, que finalmente interpretó John Travolta.

Al momento de su muerte, estaba filmando producciones independientes y preparando un libro titulado Tears for My Father: Outlaw Thoughts and Poems. Su equipo destacó que tenía varios proyectos en marcha y que estaba entusiasmado con esta nueva etapa profesional.