19 grudnia 2016 Andriej Karłow zginął w zamachu w Centrum Sztuki Współczesnej w Ankarze podczas otwarcia wystawy „Rosja oczami Turków. Od Kaliningradu do Kamczatki”. Zamachowiec, którym okazał się policjant Mevlüt Mert Altıntaş, został zastrzelony przez policję. Według tureckich i rosyjskich mediów, zamach był aktem zemsty za interwencję Rosji w wojnę domową w Syrii, w szczególności za sytuację w Aleppo.