Mordserie
Det skulle senere blive afsløret, at fra slutningen af 1989 til efteråret 1990 havde Wuornos myrdet mindst seks mænd langs motorveje i Florida. I midten af december 1989 blev liget af Richard Mallory fundet på en losseplads, og i løbet af de følgende måneder blev der fundet yderligere fem mænds lig.
Myndighederne var til sidst i stand til at opspore Wuornos (som havde brugt forskellige dæknavne) og Moore ud fra fingeraftryk og håndfladeaftryk, der var efterladt i en anden forsvunden mands, Peter Siems, forulykkede bil. Wuornos blev anholdt i en bar i Port Orange i Florida, mens politiet opsporede Moore i Pennsylvania. For at undgå retsforfølgelse indgik Moore en aftale, og i midten af januar 1991 fik hun fremtvunget en telefonisk tilståelse fra Wuornos, som påtog sig det fulde og eneste ansvar for mordene.
Sag og henrettelse
Der opstod en mediebrænderi omkring sagen, hvilket til dels skyldtes forbrydelsernes grelle karakter. Under retssagen hævdede Wuornos, at hun var blevet voldtaget og overfaldet af Mallory, og at hun havde dræbt ham i selvforsvar. Selv om det ikke blev afsløret i retten, havde Mallory tidligere afsonet en ti år lang fængselsstraf for seksuelle overgreb. Hun erklærede, at hendes drab på de fem andre mænd også havde været i selvforsvar, selv om hun senere ville trække disse udtalelser tilbage.
Den 27. januar 1992 fandt en jury Wuornos skyldig i mord af første grad i Mallory-sagen, og hun fik dødsstraf. I løbet af de følgende måneder erklærede Wuornos sig skyldig i mordene på de fem andre mænd, hvis mord hun var anklaget for, og modtog en dødsdom for hvert af disse mord. Uden for retten indrømmede hun senere mordet på Siems, hvis lig aldrig blev fundet.
Efter at have tilbragt et årti på dødsgangen valgte Wuornos til sidst at fyre sine advokater i appelsagen, som arbejdede for at få udsættelse af henrettelsen. Men en advokat, der var udpeget af retten, var bekymret over Wuornos’ kommentarer, der tydede på, at hun var dybt frakoblet virkeligheden. I 2002 ophævede Floridas guvernør Jeb Bush et midlertidigt udsættelse af henrettelsen, efter at tre psykiatere havde vurderet, at hun var mentalt kompetent til at forstå dødsstraffen og begrundelserne for dens gennemførelse.
Wuornos blev henrettet ved en dødelig indsprøjtning om morgenen den 9. oktober 2002. Hendes rapporterede sidste ord var: “Jeg vil bare gerne sige, at jeg sejler med klippen, og jeg vil være tilbage som Independence Day med Jesus den 6. juni. Ligesom i filmen, med det store moderskib og det hele. Jeg kommer tilbage.”
Wuronos’ jordiske rester blev kremeret og spredt ved et træ i hendes hjemby.
Film
Wuornos’ historie er blevet nøje profileret i film. Den britiske dokumentarist Nick Broomfield har skabt to værker – Aileen Wuornos: The Selling of a Serial Killer (1993) og Aileen: Life and Death of a Serial Killer (2003), hvor sidstnævnte er medinstrueret af Joan Churchill.
Skuespillerinden Charlize Theron, der ofte er kendt for sin glamourøse personlighed på skærmen, gennemgik en stor fysisk og følelsesmæssig forvandling for at portrættere Wuornos i 2003’s Monster, skrevet og instrueret af Patty Jenkins og med Christina Ricci i rollen som Selby Wall, en karakter inspireret af Tyria Moore. Med en medrivende præstation, der var opslidende at se på, og som af kritikeren Roger Ebert blev hyldet som en filmisk milepæl, vandt Theron en Oscar for bedste skuespillerinde i en film, der vakte en del kontroverser om nøjagtigheden og omfanget af dens detaljer. Wuornos’ liv fascinerer fortsat den kreative industri, og skuespillerinden Lily Rabe portrætterer Wournos i efterårssæsonen 2015 af American Horror Story.