Informasi dari kantor berita Aljazeera menyebutkan Karlov ditembak dari belakang saat ia baru beberapa menit naik ke atas panggung. Pelaku sempat mempersilakan para tamu meninggalkan tempat pameran setelah dia menembak Karlov. Informasi lain menyebut ada serentetan tembakan di lokasi pameran.
Menteri Dalam Negeri Turki Suleyman Soylu segera menuju lokasi kejadian. Stasiun televisi lokal memberitakan tiga korban tengah dalam perjalanan menuju rumah sakit.
Seorang saksi mata mengungkapkan bahwa pelaku beraksi sendirian. "Dia (pelaku) mengatakan tidak akan meninggalkan tempat ini hidup-hidup," kata saksi mata itu. Kantor berita Turki, Anadolu Agency, melaporkan pelaku tewas saat baku tembak dengan petugas kepolisian.
Pemerintah Rusia sebelumnya melaporkan luka yang diderita Karlov cukup serius. Juru bicara Kementerian Luar Negeri Rusia, Maria Zakharova, menyatakan belum mendapatkan konfirmasi apakah duta besar mereka di sana sudah dilarikan ke rumah sakit. Namun dia mengaku sudah mendapat konfirmasi bahwa pelaku telah tewas.
Belum diketahui secara pasti ada tidaknya keterlibatan pelaku lain. Hingga kini, belum ada yang mengaku bertanggung jawab atas serangan itu. Zakharova mengutuk penembakan tersebut. Kantor Berita BBC mengutip stasiun televisi Rusia mengaitkan serangan itu dengan protes Turki atas intervensi Rusia yang terjadi sehari sebelumnya.
