Un comerciante argentino llamado Eduardo Valfierno convenció al carpintero italiano Vincenzo Perugia (ex empleado del Museo del Louvre) para que robase el cuadro, con el fin de venderlo por una cifra millonaria.
El 21 de agosto de 1911, Perugia llegó al Museo del Louvre a las 7 de la mañana, vestido con una gabardina blanca como las que usaba el personal del museo, descolgó el cuadro y a continuación, en la escalera Visconti, retiró la tabla de su marco, abandonando este último. Poco después salió del museo con el cuadro escondido bajo su ropa, colocándolo posteriormente en una valija. Cuando el pintor Louis Béroud entró al salón para apreciar el cuadro, notó que no estaba y avisó de inmediato a la guardia. El museo cerró por una semana, para efectos de investigación.
Valfierno hizo negocio con cinco coleccionistas estadounidenses y un brasileño, a quienes les vendió falsificaciones realizadas por el pintor Yves Chaudron, a cada uno por trescientos mil dólares.
Unos años antes, el museo había sufrido el robo de otras piezas de arte, lo cual hizo suponer a la policía que ambos acontecimientos estaban relacionados.
Esta suposición se mantuvo hasta el 6 de septiembre de 1911, cuando se captura erróneamente al escritor Guillaume Apollinaire, quien fue declarado inocente más adelante. Se había creído en su culpabilidad debido a que él había propuesto la quema del museo, aduciendo que allí se "encarcelaba el arte".
Posteriormente, fue capturado el pintor Pablo Picasso, debido a que tenía antecedentes de comprar objetos de arte robados, quien posteriormente también fue declarado inocente.
Al mismo tiempo que se realizaban las investigaciones sobre el robo, se capturó al aventurero belga Honoré-Joseph Géry Pieret, quien confesó ser el autor del robo de 1906, pero no del de La Gioconda.
Durante su ausencia en el museo, la afluencia de visitantes continuaba; acudían (en menor número) a apreciar el hueco en la pared, de donde el cuadro fue hurtado.
La pintura fue recuperada dos años y ciento once días después del robo, registrándose la captura de Perugia.
El detenido, intentó vender el cuadro original al director de la Galleria degli Uffizi, Alfredo Geri, quien se hizo acompañar de la policía.[64] Perugia alegó que el robo había sido perpetrado para devolver la obra a su verdadera patria, y que él sólo era víctima de un estafador; el jurado lo sentenció a varios años de prisión.
Antes de regresar al museo, la pintura se exhibió en Florencia, Roma y Milán.
En 1931, Valfierno contó su historia a un periodista estadounidense, revelando la identidad de los estafados con las falsificaciones.
Tras dicho robo, algunos pintores afirman que puede dudarse de la originalidad del cuadro .
