Mordserie
Später stellte sich heraus, dass Wuornos von Ende 1989 bis in den Herbst 1990 mindestens sechs Männer entlang der Highways in Florida ermordet hatte. Mitte Dezember 1989 wurde die Leiche von Richard Mallory auf einem Schrottplatz gefunden, und in den folgenden Monaten wurden fünf weitere Männerleichen entdeckt.
Den Behörden gelang es schließlich, Wuornos (der verschiedene Decknamen benutzt hatte) und Moore anhand von Finger- und Handabdrücken ausfindig zu machen, die in dem Unfallwagen eines anderen Vermissten, Peter Siems, gefunden worden waren. Wuornos wurde in einer Bar in Port Orange, Florida, verhaftet, während die Polizei Moore in Pennsylvania aufspürte. Um eine strafrechtliche Verfolgung zu vermeiden, ging Moore einen Deal ein und entlockte Wuornos Mitte Januar 1991 ein telefonisches Geständnis, in dem er die volle und alleinige Verantwortung für die Morde übernahm.
Prozess und Hinrichtung
Der Fall erregte in den Medien großes Aufsehen, was zum Teil auf die reißerische Natur der Verbrechen zurückzuführen war. Während des Prozesses behauptete Wuornos, sie sei von Mallory vergewaltigt und angegriffen worden und habe ihn in Selbstverteidigung getötet. Obwohl dies vor Gericht nicht bekannt gegeben wurde, hatte Mallory zuvor eine zehnjährige Haftstrafe wegen sexueller Nötigung verbüßt. Sie gab an, dass die Tötung der fünf anderen Männer ebenfalls aus Notwehr geschah, obwohl sie diese Aussagen später zurückzog.
Am 27. Januar 1992 wurde Wuornos von einer Jury des Mordes ersten Grades im Fall Mallory für schuldig befunden und erhielt die Todesstrafe. In den folgenden Monaten bekannte sich Wuornos der Morde an den fünf anderen Männern, deren Morde ihr zur Last gelegt wurden, für schuldig und erhielt für jedes Bekenntnis die Todesstrafe. Außerhalb des Gerichts gab sie später die Tötung von Siems zu, dessen Leiche nie gefunden wurde.
Nachdem sie ein Jahrzehnt in der Todeszelle verbracht hatte, entschied sich Wuornos schließlich, ihre Berufungsanwälte zu entlassen, die sich für einen Aufschub der Hinrichtung einsetzten. Ein vom Gericht bestellter Anwalt war jedoch besorgt über Äußerungen von Wuornos, die darauf hindeuteten, dass sie den Bezug zur Realität verloren hatte. Im Jahr 2002 hob der Gouverneur von Florida, Jeb Bush, einen vorläufigen Hinrichtungsaufschub auf, nachdem drei Psychiater sie für geistig fähig befunden hatten, die Todesstrafe und die Gründe für deren Vollstreckung zu verstehen.
Wuornos wurde am Morgen des 9. Oktober 2002 durch die Giftspritze hingerichtet. Ihre letzten Worte sollen gewesen sein: „Ich möchte nur sagen, dass ich mit dem Felsen segle und am 6. Juni mit Jesus zurückkommen werde, wie in Independence Day. Wie in dem Film, mit dem großen Mutterschiff und allem. Ich komme zurück.“
Wuronos‘ sterbliche Überreste wurden eingeäschert und an einem Baum in ihrer Heimatstadt verstreut.
Filme
Wuornos‘ Geschichte wurde ausführlich in Filmen dargestellt. Der britische Dokumentarfilmer Nick Broomfield schuf zwei Werke – Aileen Wuornos: The Selling of a Serial Killer (1993) und Aileen: Life and Death of a Serial Killer (2003), bei letzterem führte Joan Churchill die Co-Regie.
Die Schauspielerin Charlize Theron, die oft für ihre glamouröse Leinwandpräsenz bekannt ist, unterzog sich einer großen körperlichen und emotionalen Veränderung, um Wuornos in dem Film Monster (2003) darzustellen, der von Patty Jenkins geschrieben und inszeniert wurde und in dem Christina Ricci als Selby Wall, eine von Tyria Moore inspirierte Figur, mitspielt. Mit ihrer fesselnden, zermürbenden Darstellung, die der Kritiker Roger Ebert als Meilenstein der Filmgeschichte bezeichnete, gewann Theron einen Oscar als beste Darstellerin in einem Film, der wegen der Genauigkeit und des Umfangs seiner Details umstritten war. Wuornos‘ Leben übt weiterhin eine Faszination auf die Kreativbranche aus. Die Schauspielerin Lily Rabe hat Wournos in der Herbststaffel 2015 von American Horror Story dargestellt.