הפיגוע באולם ההופעות בוצע לפי דיווחים ברוסיה על ידי חמישה מחבלים. במקום נשמע תחילה פיצוץ עז סביבות השעה 19:00, ומעט לאחר מכן דווח על פיצוץ נוסף – מה שככל הנראה גרם לשריפת ענק שהובילה לקריסת גג המבנה.
מסרטונים שפורסמו מהמקום עלה כי המחבלים, שהיו לבושי מדים, פתחו באש מנשק אוטומטי – ולאחר מכן גם פוצצו מטענים, ופצעו לפחות 146 בני אדם, בהם גם ילדים. שר הבריאות הרוסי הודיע כי 60 מהפצועים מוגדרים במצב קשה.
לפני כשבועיים פרסמו שגרירויות ארה"ב ובריטניה ברוסיה אזהרות ממוקדות מפני אפשרות של פיגוע המוני במוסקווה. אזרחים אמריקנים ובריטים הונחו להימנע מהתקהלויות גדולות בבירה הרוסית מחשש לאירועי טרור.
במקביל, ברוסיה הודיעו רשמית שעצרו תא טרור של ארגון דאעש שתכנן לבצע פיגוע בבית כנסת ומוסדות יהודיים נוספים במוסקווה.
הערב אמרה מריה זכרובה, דוברת משרד החוץ של רוסיה, כי על ארה"ב לחלוק עם רוסיה כל מידע שיש להם. "כיצד ארה"ב יכולה לקבוע שלאוקראינה אין קשר? אנו דורשים מארה"ב לחלוק עימנו כל מידע רלוונטי שיש להם. ואם אין להם – אז כיצד הם יכולים לקבוע שאוקראינה לא מעורבת?"
