"Å Tom Pettys familjs vägnar är vi förkrossade över att behöva meddela vår pappa, make, bror, ledare och vän Tom Pettys alltför tidiga bortgång", säger Pettys manager i ett uttalande, skriver nyhetsbyrån AFP.
Han somnade in fridfullt på sjukhuset i Santa Monica i Los Angeles, omgiven av familj, vänner och bandmedlemmar, uppger managern.
Enligt TMZ fördes Petty till sjukhuset på söndagskvällen efter att ha drabbats av hjärtstillestånd. När han hittades i sitt hem i Malibu var han medvetslös och andades inte. När familjen senare fick veta att Petty inte visade någon hjärnaktivitet gav de upp hoppet och valde att avbryta de livsuppehållande åtgärderna.
Dylan förkrossad
Kollegor och musikälskare över hela världen reagerar nu med sorg inför stjärnans död.
- Det är chockartade, förkrossande nyheter, säger rockikonen Bob Dylan, som var Pettys bandkamrat i Traveling Wilburys, till Rolling Stone.
- Jag hade så höga tankar om Tom. Han var en fantastisk artist, full av ljus, en vän, och jag kommer aldrig att glömma honom.
Dödsbudet föregicks av några förvirrade timmar. På måndagskvällen svensk tid kom uppgifter om hans död. CBS News skrev till en början att polisen i Los Angeles bekräftade att Petty var död, men polisen skrev senare på Twitter att uppgifterna som lämnades till medier hade lämnats "oavsiktligt".
Spelade förra veckan
Han gjorde sin senaste spelning i måndags i förra veckan, då Tom Petty and The Heartbreakers avslutade sin 40-årsjubileumsturné.
Inför turnén sade Petty till Rolling Stone att det skulle bli hans "sista resa runt landet". Han hade dock inga planer på att helt lägga av.
- Jag behöver något att göra, annars har jag en förmåga att bli ett plågoris hemma i huset, sade han.
Tom Petty växte upp i Gainesville i Florida och slog igenom med Tom Petty and The Heartbreakers i slutet av 70-talet. Sina första steg mot rockhimlen tog han som elvaåring då han träffade Elvis Presley under inspelningen av filmen "Follow that dream" i hemtrakterna.
- Jag hade inte funderat så mycket på rock 'n' roll innan. Att träffa Elvis var ett magiskt ögonblick, men det var tre år senare när jag såg Beatles i tv som jag visste att jag ville bli rockartist. Det var en enorm kick för mig, sade han till TT 2012.
Ett halvsekel senare får han en hälsning från Beatles-trummisen Ringo Starr.
"Jag kommer verkligen att sakna dig, Tom", skriver han på Twitter.
Albumdebuterade med Tom Petty and The Heartbreakers 1976 och fick sitt stora genombrott tre år senare med skivan "Damn the torpedoes".
Spelade för första gången i Sverige 1977 på Olympen i Lund.
Bandet, som totalt har släppt 13 album, är känt för låtar som "American girl", "Breakdown" och "I won't back down".
Tom Petty släppte också flera soloalbum, och mellan 1988 och 1990 spelade han med i supergruppen Traveling Wilburys med Bob Dylan, George Harrison, Roy Orbinson och Jeff Lynne.
Han har sålt över 80 miljoner album genom åren.
Han har brottats med drogproblem och fick på 90-talet söka hjälp för sitt heroinberoende. Enligt den självbiografi han skrev 2015 bottnade missbruket i en svår uppväxt med en far som misshandlade honom.
Han lämnar efter sig frun Dana York, som han träffade 1991, döttrarna Adria och Annakim och styvsonen Dylan.