30 ноября (13 декабря) 1909 года скоропостижно скончался на ступеньках Царскосельского вокзала в Санкт-Петербурге от инфаркта. Похоронен на Казанском кладбище в Царском Селе (ныне — город Пушкин). Сын Анненского, филолог и поэт Валентин Анненский (Кривич), издал его «Кипарисовый ларец» (1910) и «Посмертные стихи» (1923).
Перевёл на русский язык все дошедшие до нас 17 трагедий и 1 сатирову драму Еврипида. Он также выполнил стихотворные переводы работ Горация, Гете, Мюллера, Гейне, Бодлера, Верлена, Рембо, Ренье, Сюлли-Прюдома, Лонгфелло.
Стихотворение Анненского «Колокольчики» по праву может быть названо первым по времени написания русским футуристическим стихотворением. Его стихотворение «Среди миров» легло в основу романсов, написанных А. Вертинским и А. Сухановым. Влияние Анненского сильно сказывается на Пастернаке и его школе, Анне Ахматовой, Георгии Иванове и многих других. В своих литературно-критических статьях, частично собранных в двух «Книгах отражений», Анненский даёт блестящие образцы русской импрессионистической критики, стремясь к истолкованию художественного произведения путём сознательного продолжения в себе творчества автора. Уже в своих критико-педагогических статьях 1880-х годов Анненский задолго до формалистов призывал к постановке в школе систематического изучения формы художественных произведений.
Свободно говорил на трёх иностранных языках, включая древнегреческий.
Обучал студентов русской словесности и иностранным языкам. Некоторое время руководил гимназией в Царском Селе.