Görgü tanıklarının ifadesine göre saldırgan, Ankara Çağdaş Sanatlar Merkezi'nde düzenlenen  Kamçatka fotoğrafları sergisine kendisini polis olarak tanıtarak girdi. Saldırgan sergi açılışı sırasında objektiflere yansıdı. Suikastçı, Büyükelçi Karlov'u, konuşmasını yapmak üzere kürsüye geldiği anda arkasından vurdu. Saldırgan daha sonra sergideki herkesi dışarı çıkarttı. Sonrasında ise içeriden tekrar silah sesi geldi.

Saldırganın suikast sonrasında, "Ben buradan ölmeden çıkmayacağım" dediği öne sürüldü. Olayın duyulmasının ardından Çağdaş Sanatlar Merkezi'nin önüne çok sayıda polis ekibi geldi. Özel harekatın binaya girmesinin ardından çatışma çıktı.

Polis Özel Harekat'ın düzenlediği operasyon ile saldırganın etkisiz hale getirildiği ifade edildi.

Rusya'nın İngilizce yayın yapan devlet televizyonu RT'ye göre saldırgan, 1994'te Söke'de doğan çevik kuvvette görevli polis memuru Mevlüt Mert Altıntaş. Ankara Büyükşehir Belediye Başkanı Melih Gökçek de bir tweet attı: