薛懷義的死因存在不同的說法，以下是幾種主要的說法：
武攸寧率人暗殺：根據《實錄》和《資治通鑑》的記載，薛懷義被武則天的堂侄武攸寧暗殺。暗殺發生在洛陽宮城內的瑤光殿，武攸寧率領壯士將薛懷義撲倒並毒打，導致其死亡。
太平公主暗殺：另一種說法是薛懷義被武則天的女兒太平公主的乳母張夫人率領壯士暗殺。暗殺的具體情節與武攸寧的故事相似。
被亂棍打死：還有一種說法是薛懷義被武則天亂棍打死，之後被拖到白馬寺焚屍建塔。
大明湖畔被殺：還有一種說法是薛懷義在大明湖畔被士兵亂棍打死。
以上說法均缺乏確鑿的歷史證據，因此薛懷義的確切死因仍然是一箇歷史之謎。