Le matin du 27 mai 1610, le parlement de Paris rendit sa sentence. L’arrêt déclarait Ravaillac « atteint et convaincu du crime de leze-Majesté, divine & humaine au premier chef, pour le très-méchant, très-abominable et très-détestable parricide commis en la personne du feu Roi Henry IV […] ». Pour cela il était condamné à faire amende honorable devant Notre-Dame et devait ensuit subir le sort des régicides en place de Grève à Paris.
Après avoir subi une dernière séance de torture au cours de laquelle il s’évanouit de douleur, Ravaillac fut extrait de la conciergerie vers 3 heures de l’après-midi pour être mis sur un tombereau et amené à Notre-Dame. À sa grande surprise, à peine était-il sorti de la prison qu’il fut couvert d’insultes par la foule déchaînée : « méchant, parricide, traître, meurtrier », tous cherchaient à le frapper et à l’injurier. Lui qui croyait avoir agi selon la volonté de dieu était intimement convaincu qu’une majorité des Français était de son côté. Le trajet qui le mena de la Conciergerie à la place de Grève fut son chemin de croix. Couvert de hurlements et d’insultes, personne ne l’entendit faire amende honorable devant Notre-Dame, tout comme personne n’avait entendu la lecture publique de l’arrêt du parlement le condamnant. Sur le trajet vers la place de Grève, l’ire publique redoubla. Avant de monter sur l’échafaud, on lui redemanda de dire toute la vérité. Il réitéra sa version. Le supplice pouvait alors débuter.
L’arrêt du parlement fut exécuté à la lettre. Il prévoyait qu’il soit « tenaillé aux mamelles, bras, cuisses & gras des jambes, sa main droite tenant le couteau duquel il a commis ledit parricide, ard et brulée du feu de soufre ; & sur les endroits où il sera tenaillé, jeté du plomb fondu, de l’huile bouillante, de la poix-résine bouillante, de la cire & soufre fondus ensemble : ce fait son corps tiré et démembré à quatre chevaux, ses membres et corps consumés au feu, & réduits en cendres jetées au vent […] ». Ce qu’il ne pouvait pas prévoir fut le déchaînement de violence qui accompagna et succéda au supplice. Sous les insultes et les quolibets, les docteurs de la Sorbonne censés réciter des prières pour l’âme du condamné en furent empêchés. Alors que Ravaillac était écartelé, certaines personnes tirèrent les cordes pour aider les chevaux. On remplaça même l’un d’eux qui fatiguait, jusqu’à ce que la cuisse du condamné ne se rompe. On fit de nouveau tirer les chevaux et au bout de plus de deux heures de torture, Ravaillac rendit l’âme. À cet instant la foule fondit sur le malheureux et éparpilla ses restes. Selon Nicolas Pasquier, une femme mordit même dans sa chair, comble de l’horreur et symptôme du degré de haine concentré sur sa personne. Le bourreau, censé recueillir ses restes pour les faire brûler et disperser ses cendres, ne retrouva rien…
Enfin, comme le prévoyait son arrêt de condamnation, les biens de Ravaillac furent confisqués et la maison où il était né fut démolie, avec interdiction de reconstruire au même endroit. Son père et sa mère durent quitter le royaume sous « peine d’être pendus et étranglés » et le nom de Ravaillac fut interdit dans le royaume.