2003年2月14日，多莉因肺病和关节炎而死亡，只活了不到7年，而绵羊的正常寿命应该是12年左右，不过许多科学家们为多莉能够存活6年之久而感到震惊，因为克隆体的基因染色体不可避免地会产生微小的缺陷而导致基因缺陷死亡。
解剖显示多莉得了一种在绵羊中常见的由逆转录病毒引起的肺癌。罗斯林研究所的科学家称这并没有证据显示癌症和克隆有关。长期在室内圈养的羊更容易得这种癌症，而多莉是一直被养在在室内的。
关于多莉羊及其他克隆动物为何早衰，主要存在2种猜想，通称“多莉羊猜想”。一派人认为克隆动物的寿命从母体年龄算起，而多莉的端粒被发现比较短；另一派则认为克隆动物的早衰是由技术因素导致的，即有可能透过改进技术使克隆动物更长寿。但罗斯林研究所的科学家称各种体检并未发现多莉的器官有早衰的现象。
2017年11月，发表在《科学报告》杂志上的一项研究认为多莉是正常死亡，而非此前认为的患早发性骨关节炎，研究表明其骨关节炎患病率和分布情况与其他普通或克隆绵羊并无差异。
培育和出生
多莉有三个母亲：一个提供DNA，一个提供卵子，一个代孕。先从1只怀孕的6岁白脸芬多斯母羊中取出乳房细胞，然后给乳房细胞低营养食物，让细胞处于缺乏营养的状态，乳房细胞在低营养状态过一星期，细胞便会停止细胞分裂，进入静止状态。
将黑脸的苏格兰羊的未受精的卵细胞的细胞核去除。将先前处理过的乳房细胞的细胞核植入该卵细胞，并以电流刺激进行细胞融合，组成一个含有新遗传物质的卵细胞，此卵细胞在试管中不断分裂形成胚胎。
当胚胎生长到一定程度时，将其植入代理孕母的子宫内发育，最终成功分娩。该技术并不完美，许多由此得到的胚胎在发育过程中流产。多莉是当时277个胚胎中唯一发育成功的。
多莉出生于1996年7月5日。克隆羊成功的消息直到1997年2月22日才对外宣布，立刻引来媒体的广泛关注。通过转播，全世界都看到了多莉和科学家在一起的画面。科学杂志将多莉的诞生评选为该年度最重要的科技突破。