Den 19. november 2011 avslørte Gibbs representant at han ble diagnostisert med tykktarmskreft og at hans yngre bror Barry var i ferd med å komme seg etter en nyreoperasjon. I februar 2012 kunngjorde Gibb at kreften hans hadde spredt seg til leveren og tykktarmen, og at han var blitt operert 20. oktober 2011. Han fikk seks runder med cellegift mellom juli og desember 2011. Det ble også rapportert i februar 2012 at Gibb var gitt bare måneder å leve. Imidlertid gjorde han ytterligere fremgang gjennom en eksperimentell medikamentprøving og var frisk nok til sommeren til å spille inn to nye sanger til Bee Gees' Mythology-bokssett. 13. april 2012 avslørte Gibb på det britiske frokost-tv-programmet Daybreak at svulstene hans hadde krympet med 75 % etter behandling, og at legene hadde gitt ham «helt klart». I oktober 2012 fullførte Gibb en syv ukers strålebehandling på leveren i Boston, Massachusetts.
Leverkreft
Gibbs kreft kom imidlertid tilbake senere i 2012. 14. oktober avlyste han sine kommende liveopptredener etter en skanning som viste at kreften hans hadde kommet tilbake. Gibb kunngjorde også at Bee Gees sannsynligvis ville turnere i 2013 hvis helsen hans tillot det. I januar 2013 gjennomgikk han ytterligere operasjon for å fjerne en vekst fra leveren, samt flere tarmreseksjoner.