Alrededor del mediodía, la carreta llegó a la plaza de la Revolución (actual plaza de la Concordia). María Antonieta descendió rápidamente, sin necesidad de apoyo, con las manos atadas. Subió la escalera que conducía a la plataforma donde se hallaba la guillotina de la misma manera, perdiendo uno de sus zapatos (el cual se conserva actualmente en el Museo de Bellas Artes de Caen). Se afirma que pisó el pie del verdugo con el otro zapato y que sus últimas palabras fueron: "señor, le pido perdón, no lo hice a propósito". María Antonieta, al contrario que Luis XVI, no se dirigió al público para dar un discurso antes de ser ejecutada. Los ayudantes del verdugo la colocaron sobre la plancha de madera de la guillotina. A continuación le fue colocado un cepo con forma de media luna para mantener fija la cabeza, siendo ejecutada inmediatamente después, a las 12:15 horas. Henri Sanson cogió la cabeza de María Antonieta por el cabello y la mostró al público gritando "¡viva la República!". La multitud, al igual que en la ejecución de Luis XVI, permaneció en silencio, dispersándose rápidamente.
Su cuerpo fue bajado del cadalso y transportado al cementerio de la Magdalena con la cabeza entre las piernas. Una vez allí, sus restos fueron arrojados a una fosa común, donde también se hallaban los restos de Luis XVI, siendo cubiertos a continuación con cal viva. Previamente, Madame Tussaud realizó una máscara mortuoria de María Antonieta.
La mañana del 16 de octubre de 1793 todo París se halla en las calles, en los balcones y en los tejados. María Antonieta, abucheada e insultada, se dirige al cadalso con las manos atadas a la espalda, condenada a morir en la guillotina, a los 37 años de edad, y casi nueve meses después de la ejecución de su marido, el rey Luis XVI. Cae la cabeza de la reina y el verdugo la muestra a la muchedumbre que abarrota la plaza de la Revolución -la actual plaza de la Concordia, donde nace la avenida de los Campos Elíseos- y que grita con furia: ¡Viva la República!