Nel 1494, a seguito della cacciata di Piero di Lorenzo de' Medici da Firenze, anche Pisa fu coinvolta nelle lotte politiche contro il dominio fiorentino, con il conseguente allontanamento dei fiorentini residenti in città e la confisca dei loro beni. Nonostante ciò, grazie ad un placet dei pisani, il fiorentino Benozzo risedette in città fino al 1495; questa circostanza, che indicava la volontà del pittore di continuare a vivere a Pisa, conferma l'alta stima che le istituzioni dimostravano nei suoi confronti.
Il ritorno a Firenze avvenne in concomitanza dei grandi mutamenti ideologici che in quegli anni interessavano la città, dal già citato allontanamento dei Medici alle prediche pubbliche di frate Savonarola che, attraverso le sue doti dialettiche e oratorie, divenne col tempo una figura di riferimento morale, religioso e politico, in un periodo in cui la situazione pubblica stava precipitando. Benozzo, che in più occasioni era venuto in contatto con la dottrina degli ordini mendicanti riformati (Agostiniani, Domenicani, Francescani), raggiunta anche l'avanzata età, dimostrò nella ultime opere una profonda adesione ad una spiritualità severa e commossa, in piena aderenza con i sermoni savonaroliani.

Queste personali meditazioni sono bene evidenti nelle sue ultime opere, come la tavoletta con San Girolamo penitente conservata al Museo Bardini di Firenze e le due tele ad olio eseguite per il vescovo Pandolfini di Pistoia: la Deposizione, ora a Firenze presso il Museo Horne, e la Resurrezione di Lazzaro alla National Gallery di Washington. Queste due ultime opere, che confermano come Benozzo, "maestro in muro" e autore di numerose tavole, conoscesse anche le novità tecniche del tempo, furono eseguite quando l'ormai anziano artista si trovava a Pistoia. Qui, infatti, si era trasferito nel 1497 per far fronte al prestigioso incarico di decorare un'intera parete della sala del Consiglio di Palazzo Comunale. Il 4 ottobre dello stesso anno, però, Benozzo Gozzoli si spense, lasciando allo stato di sinopia questo suo ultimo impegno: l'affresco con la Vergine in maestà con angeli e santi.
La trasferta pistoiese dimostrava ancora una volta la sua fama di "optimo maestro in muro" e il prestigio di cui ormai godeva nell'intera penisola.

Fu sepolto nella chiesa di San Domenico a Pistoia e non al Camposanto di Pisa come credette Vasari. L'epitaffio ricordato dal biografo delle Vite è la lapide che, molto prima della sua morte, i pisani avevano offerto all'artista nel Camposanto come segno di commemorazione e riconoscenza per gli affreschi che egli vi aveva eseguito.