Murió un día de Pentecostés, el 17 de mayo de 1592.
Su fama de santidad, que ya había tenido en vida, atrajo a numerosos fieles y entre los prodigios que se le atribuyeron hay uno en su propio funeral, pues en la misa se le vio abrir los ojos en el momento de la elevación de la hostia.
Sus restos se conservaron en el convento hasta el año 1936 en que desaparecieron; actualmente se levanta un templo votivo eucarístico de fama mundial.
El convento franciscano de Aranjuez también está bajo su advocación.
Muy pronto comenzaron los escritos sobre su vida, encabezados por la Chrónica del beato Pascual Baylón, escrita en 1598 por su superior y primer biógrafo, el padre Juan Jiménez.
Pablo V beatificó a Pascual Bailón en 1618 y Alejandro VIII lo canonizó el 16 de octubre de 1690.
León XIII, en su breve Provivindentissimus, de 28 de noviembre de 1897 lo declaró patrono de las Asociaciones y Congregaciones Eucarísticas, no sólo de las que ya existían, sino también de las que se crearan en el futuro. Su fiesta se celebra el 17 de mayo, y es conocido como el Serafín de la Eucaristía.
Iconográficamente, san Pascual Bailón se representa vestido de franciscano y sus principales atributos hacen referencia a su vocación eucarística: un ostentorio o un cáliz; en menos ocasiones se acompaña de elementos de penitencia y meditación como las disciplinas o el libro o de objetos que aluden a su humilde vida como pastor y jardinero, el cayado y la paleta o azada; a veces, como referencia a la pureza que le acompañó toda la vida, aparece con una azucena. Sus representaciones más frecuentes lo muestran de rodillas, en éxtasis ante el Santísimo, y acompañado de ángeles. Giambattista Tiépolo lo pintó, hacia 1769, para el convento de Aranjuez y la obra es muy conocida a partir del grabado que de ella hizo el hijo del pintor. Son muy numerosas las estampas populares y se difundieron, sobre todo en Italia, donde se le considera “varón protector de las mujeres”. San Pascual Bailón es patrón de los pastores, los cocineros y de todas las asociaciones y hermandades eucarísticas desde 1897.
Cartapacio era el nombre que el propio santo otorgó a sus escritos para fomentar la piedad