En junio de 2011 a Chávez le fue diagnosticado un tumor maligno en la zona lumbar. Fue operado en un hospital de La Habana.
Posteriormente fue sometido a varias sesiones de quimioterapia y de radioterapia.
En febrero de 2012 volvió a ser operado tras una recaída en la enfermedad. 
 
Pese a su delicado estado de salud, Chávez participó en la campaña electoral para las elecciones de 2012, en las que se impuso al principal candidato opositor, Henrique Capriles.
Antes de partir a Cuba el mandatario venezolano señaló al vicepresidente de la nación, Nicolás Maduro, como un posible sucesor, en caso de que el presidente no pudiera cumplir con sus obligaciones.