Gyilkosságsorozat
Később kiderült, hogy 1989 végétől 1990 őszéig Wuornos legalább hat férfit gyilkolt meg a floridai autópályák mentén. 1989. december közepén Richard Mallory holttestét egy roncstelepen találták meg, majd a következő hónapokban további öt férfi holttestét fedezték fel.
A hatóságoknak végül egy másik eltűnt férfi, Peter Siems összetört járművében hagyott ujj- és tenyérlenyomatok alapján sikerült Wuornos (aki különböző álneveket használt) és Moore nyomára bukkanniuk. Wuornost a floridai Port Orange egyik bárjában tartóztatták le, míg Moore-t a rendőrség Pennsylvaniában kutatta fel. Hogy elkerülje a vádemelést, Moore alkut kötött, és 1991. január közepén telefonon vallomást csikart ki Wuornosból, aki teljes és kizárólagos felelősséget vállalt a gyilkosságokért.
Tárgyalás és kivégzés
A média őrjöngött az ügy körül, részben a bűntények rémképszerűsége miatt. A tárgyalás során Wuornos azt állította, hogy Mallory megerőszakolta és bántalmazta őt, és önvédelemből ölte meg. Bár a bíróságon nem derült ki, Mallory korábban egy évtizedes börtönbüntetést ült szexuális erőszakért. Azt állította, hogy az öt másik férfi megölése szintén önvédelemből történt, bár később visszavonta ezeket a kijelentéseit.
1992. január 27-én az esküdtszék bűnösnek találta Wuornost első fokú gyilkosságban a Mallory-ügyben, és halálbüntetést kapott. Az ezt követő hónapokban Wuornos bűnösnek vallotta magát annak az öt másik férfinak a meggyilkolásában, akiknek a meggyilkolásával megvádolták, és mindegyikért halálos ítéletet kapott. A bíróságon kívül később beismerte Siems megölését, akinek a holttestét soha nem találták meg.
A halálsoron töltött egy évtized után Wuornos végül úgy döntött, hogy kirúgja a fellebbviteli ügyvédeit, akik a kivégzés felfüggesztésén dolgoztak. A bíróság által kirendelt ügyvéd azonban aggódott Wuornos olyan megjegyzései miatt, amelyek arra utaltak, hogy mélységesen elszakadt a valóságtól. 2002-ben Jeb Bush floridai kormányzó feloldotta a kivégzés ideiglenes felfüggesztését, miután három pszichiáter úgy ítélte meg, hogy szellemileg alkalmas arra, hogy megértse a halálbüntetést és annak végrehajtásának okait.
Wuornost 2002. október 9-én reggel végezték ki méreginjekcióval. Jelentett utolsó szavai a következők voltak: “Csak annyit szeretnék mondani, hogy a sziklával hajózom, és június 6-án visszajövök, mint a Függetlenség napja Jézussal. Mint a filmben, nagy anyahajó meg minden. I’ll be back.”
Wuronos maradványait elhamvasztották és egy fa mellett szórták szét szülővárosában.
Filmek
Wuornos történetét filmekben is részletesen feldolgozták. Nick Broomfield brit dokumentumfilmes két alkotást készített – Aileen Wuornos: The Selling of a Serial Killer (1993) és Aileen: Life and Death of a Serial Killer (2003), az utóbbit Joan Churchill társrendezővel.
A színésznő Charlize Theron, aki gyakran csillogó vászonszemélyiségéről ismert, jelentős fizikai és érzelmi átalakuláson ment keresztül, hogy Wuornost megformálja a 2003-as Monster című filmben, amelyet Patty Jenkins írt és rendezett, és amelyben Christina Ricci a Tyria Moore által ihletett Selby Wallt alakította. A lebilincselő alakítással, amelyet fárasztó volt nézni, és amelyet Roger Ebert kritikus filmes mérföldkőnek nevezett, Theron elnyerte a legjobb színésznőnek járó Oscar-díjat egy olyan filmben, amely némi vitát váltott ki a részletek pontossága és terjedelme miatt. Wuornos élete továbbra is lenyűgözi a kreatív ipart: Lily Rabe színésznő alakítja Wournost az American Horror Story 2015-ös őszi évadában.