Durante septiembre y octubre de 2005 y luego de promocionar su quinto y último álbum El otro lado de mí, suspendió momentáneamente su carrera musical para enfocarse en la difusión de la detección temprana del cáncer de mama. Para animar a otras mujeres a explorarse a sí mismas para detectar la enfermedad, grabó la canción «Por ser quien soy», una melodía en la que reflejaba su experiencia en su lucha contra el cáncer de mama. La cantautora se convirtió en la vocera latina de la Fundación contra el Cáncer de Mama Susan G. Komen y visitó todos los países de América Latina para despertar la conciencia de la enfermedad.
Le fue diagnosticado un cáncer en etapa III y tuvo doble mastectomía y reconstrucción mamaria así como terapia de radiación y quimioterapia. Antes de haber sido diagnosticada, siempre había comido bien, se había ejercitado regularmente (intentaba correr al menos cinco kilómetros diarios), meditaba, y realizaba chequeos médicos regulares.
A pesar de realizarse un tratamiento con quimioterapia muy intensivo, falleció el 10 de mayo de 2006 en un hospital de Miami a sus 37 años, a consecuencia de la metástasis que había hecho en su organismo el cáncer de mama. El mal le reapareció en una forma muy agresiva en los últimos meses de su vida. Había sido diagnosticada con ese tipo de cáncer hacía seis años, a la edad de 31, después de encontrar una tumoración mientras se hacía una autoexaminación de rutina. Soraya esperaba celebrar su primera década de carrera artística en el 2006.