En brottsutredning har påbörjats om Pyotr Pavlenskys handlingar vid Kremlmuren på söndagen, berättade inrikesdepartementet för nyhetsbyråer i Moskva.
Pavlensky greps men släpptes följande dag och sattes under reserestriktioner.
Men nu är 29-åringen anklagad för huliganism.
Den huliganistiska anklagelsen används för att åtala upplevda brott mot den allmänna ordningen. Det är samma anklagelse som används för att fängsla medlemmar i punkbandet Pussy Riot, och för att åtala aktivister från Greenpeace fartyget Arctic Sunrise.
S:t Petersburgs performancekonstnär hade enligt uppgift suttit en och en halv timme på torget på söndagseftermiddagen, med en spik driven genom hans könsorgan i marken. Han sade att hans "fixering" var en metafor för apati i Ryssland.
Kritiker mot den ryske presidenten Vladimir Putin anklagar den veteraniske ledaren för att ha varit ordförande för ett ingripande mot oliktänkande sedan hans omval i mars förra året.
En poliskälla berättade för Interfax nyhetsbyrå att artikeln enligt vilken Pavlensky åtalades bar en lång rad påföljder. Först böter och upp till fem års fängelse.
Hans grafiska handling utanför Lenin Mausoleum spelades in på video som lades ut på nätet.
Pavlensky, som tog sin akt i betraktande av polisdagen, sade i ett uttalande som publicerades på söndagen: "När myndigheterna förvandlar landet till ett stort fängelse, öppet rånar befolkningen och kanaliserar medel för att öka och berika polisen och andra säkerhetsbyråer, accepterar samhället godtycke och, efter att ha glömt sin fördel i antal, drar polisstatens triumf närmare genom sin passivitet."
Pavlensky fick tidigare uppmärksamhet genom att sy ihop sina läppar i juli förra året och demonstrera utanför S:t Petersburgs kazanska katedral till stöd för de fängslade Pussy Riots demonstranter. I maj i år svepte han in sin nakna kropp i en "kokong" av taggtråd utanför stadens parlament.
Kolleger från den ryska konstvärlden lovordade sin röda fyrkantsakt i kommentarer om grani.ru, med en som kallar den en "stark gest av absolut förtvivlan" och en annan, "ett manifest av maktlöshet".
En naken performancekonstnär som spikade sin pung till Röda torget som en politisk protest kan möta upp till fem år i fängelse, ryska media rapport.