In qualità di Sostituto Procuratore della Repubblica a Roma, è stato assassinato da due membri dell'organizzazione eversiva neofascista Nuclei Armati Rivoluzionari (NAR), mentre era responsabile di tutte le indagini sul terrorismo nero nel Lazio.
Ricevuto un diniego per l'uso di una vettura blindata, per le "difficoltà" di fargli arrivare alle 8:00 del mattino uno degli autisti (che entravano in servizio solo alle 9:00), Mario Amato non ebbe modo di giungere in sicurezza nel suo ufficio alla procura, in piazzale Clodio. Mentre attendeva un autobus alla fermata posta all'incrocio tra viale Jonio e via Monte Rocchetta, il sostituto procuratore fu raggiunto alle spalle da Gilberto Cavallini che gli esplose alla nuca un colpo di rivoltella fatale, per poi fuggire con una motocicletta che lo aspettava, alla cui guida era l'altro NAR Luigi Ciavardini.

Nel 1981, in segno di omaggio, l'aula delle udienze penali del tribunale di Rovereto è stata intitolata a lui. Il 23 giugno 2012, nel giorno dell'anniversario della sua morte, dopo una cerimonia commemorativa, il comune di Rovereto gli ha dedicato una via dietro al tribunale cittadino. Anche il comune di Roma lo ha ricordato intitolandogli una via nei pressi di piazzale Clodio.

A 33 anni dalla morte del magistrato, il municipio III ha eretto un monumento sul luogo dell'agguato.
A causa del rifiuto di concedergli un'auto blindata, per le "difficoltà" nel far arrivare uno degli autisti alle 8:00 del mattino (poiché iniziavano il servizio solo alle 9:00), Mario Amato non ha potuto raggiungere in sicurezza il suo ufficio presso la procura, in piazzale Clodio. Mentre aspettava un autobus alla fermata situata all'incrocio tra viale Jonio e via Monte Rocchetta, il sostituto procuratore è stato raggiunto alle spalle da Gilberto Cavallini, che gli ha sparato un colpo mortale alla nuca con una pistola. Cavallini è poi fuggito su una motocicletta guidata dall'altro membro dei NAR, Luigi Ciavardini.

Nel 40º anniversario della sua morte, è stato emesso un francobollo ordinario appartenente alla serie tematica "Il senso civico", con un valore di 1,10 euro, corrispondente alla tariffa per una lettera "B".