Den 19. november 2011 afslørede Gibbs repræsentant, at han var diagnosticeret med tyktarmskræft, og at hans yngre bror Barry var ved at komme sig efter en nyreoperation. I februar 2012 meddelte Gibb, at hans kræftsygdom havde spredt sig til leveren og tyktarmen, og at han var blevet opereret den 20. oktober 2011. Han modtog seks runder kemoterapi mellem juli og december 2011. Det blev også rapporteret i februar 2012, at Gibb var kun få måneder at leve. Han gjorde dog yderligere fremskridt gennem et eksperimentelt lægemiddelforsøg og var tilstrækkeligt rask til sommeren til at indspille to nye sange til Bee Gees' Mythology box set. Den 13. april 2012 afslørede Gibb i det britiske morgenmads-tv-program Daybreak, at hans tumorer var faldet med 75 % efter behandling, og at lægerne havde givet ham "helt klart". I oktober 2012 gennemførte Gibb en syv ugers strålebehandling på sin lever i Boston, Massachusetts.
Leverkræft
Gibbs kræft vendte dog tilbage senere i 2012. Den 14. oktober aflyste han sine kommende liveoptrædener efter en scanning, der viste, at hans kræftsygdom var vendt tilbage. Gibb annoncerede også, at Bee Gees sandsynligvis ville turnere i 2013, hvis hans helbred tillod det. I januar 2013 gennemgik han yderligere operation for at fjerne en vækst fra hans lever, samt flere tarmresektioner.