Op 19 december 2016 werd Karlov tijdens het bezoeken van een fototentoonstelling in Ankara doodgeschoten. De dader, Mevlut Mert Altintas, schreeuwde na de schietpartij "Allahu akbar (god is de grootste). Vergeet Aleppo niet, vergeet Syrië niet. Zolang onze provincies niet veilig zijn, zullen jullie ook geen vrijheid proeven. Blijf daar, blijf daar. Alleen de dood brengt ons weg van hier. Elke persoon die een aandeel heeft in deze wreedheid zal boeten."