I häktet i Teheran föll hon i koma och dog, enligt statliga medier.
Polis hävdar att Mahsa Amini drabbades av en hjärtattack. Men president Ebrahim Raisi ber inrikesminister Ahmad Vahid att "brådskande och noggrant utreda orsaken till händelsen".
Videoupptagningar som myndigheter offentliggjort visar hur den gripna kvinnan reser sig från en stol och sedan faller ihop. Polis hävdar att det rör sig om en hjärtattack, medan granskande grupper säger att Amini inte haft några hjärtproblem.
Fallet med Amini och hennes död tidigare i veckan kan bli en börda för de styrande och väcka allmänt missnöje. Lagen om att bära hijab är obligatoriskt sedan revolutionen 1979 och granskningen av påbudet har skärpts sedan en grupp kvinnor valde att trotsa sjaltvånget 2017.
Ayatolla Ali Khamenei uppges vara för en något mildare attityd gentemot dem som inte bär hijab perfekt, men hårdföra grupper motsätter sig en lindring av påbudet och av de hårda tag som den så kallade moralpolisen nyttjar.