Следственный комитет России возбудил уголовное дело по трём статьям УК РФ 109, 219 и 238 («Причинение смерти по неосторожности», «Нарушение требований пожарной безопасности», «Оказание услуг, не отвечающих требованиям безопасности» соответственно). Расследование передано старшему следователю по особо важным делам при Председателе Следственного комитета генералу-майору юстиции Рустаму Габдуллину.[112] Создана следственная группа из более чем ста следователей и криминалистов СК России.В 19:05 следователи задержали и допросили генерального директора ООО «Зимняя вишня Кемерово»  Надежду Судденок. 28 марта суд постановил арестовать Надежду Судденок на 2 месяца. В зале суда она заявила журналистам, что «не готова к такому» и намерена обжаловать это решение[116].26 марта задержан Игорь Полозиненко, руководитель компании «Системный интегратор», занимавшейся обслуживанием противопожарных систем.Также был задержан сотрудник ЧОП «Центр защиты» Сергей Антюшин, который, по предварительным данным следствия, после получения сигнала о пожаре отключил систему оповещения]. По его словам, «cистема оповещения не работала очень давно … года три точно была неисправна», а когда пожар вовсю полыхал, он «вышел на улицу и поехал домой». 27 марта пятерым задержанным были предъявлены обвинения.29 марта задержаны генеральный директор компании «Кемеровский кондитерский комбинат» Юлия Богданова (комбинат является владельцем торгового центра) и начальник Инспекции государственного строительного надзора Кемеровской области Танзиля Комкова, против которой возбудили уголовное дело за то, что она не приняла мер по пресечению эксплуатации самовольно возведённого без разрешения на строительство здания торгово-развлекательного комплекса «Зимняя вишня».Росгвардия начала проверку деятельности частного охранного предприятия «Центр защиты», осуществлявшего охрану торгового центра.11 апреля Следственный комитет РФ возбудил уголовное дело о халатности в отношении начальника караула кемеровской пожарно-спасательной части № 2 Сергея Генина. По версии следствия, отец трёх погибших детей Александр Ананьев сообщил руководителю тушения пожара Генину о нахождении большой группы людей в кинозале на четвёртом этаже «Зимней вишни» и кратчайшем пути к нему — по лестнице у западного входа в ТРЦ. Согласно сообщению СКР, «Генин проигнорировал эти сведения и не сверил с имеющимися планами-схемами кратчайшие пути к месту спасения людей, направив свое звено к дальнему от своего местонахождения лестничному маршу, находящемуся в юго-восточной части торгового центра… Дойдя до четвёртого этажа, они обнаружили запертую дверь. После этого Генин и его подчинённые вернулись к лестнице, находящейся в непосредственной близости от западного входа, и беспрепятственно проследовали на 4-й этаж. В результате ими было упущено время, которое могло быть использовано для спасения и эвакуации людей. В результате халатных действий Генина, как полагает следствие, погибли не менее 37 лиц, находившихся в момент пожара на 4-м этаже в кинозале № 2 ТРЦ „Зимняя вишня“.»28 мая начальник Главного управления МЧС России по Кемеровской области Александр Мамонтов и руководитель управления надзорной деятельности Григорий Терентьев были арестованы по обвинению в халатности. Также Александр Мамонтов обвиняется в растрате, не связанной с пожаром.Следствие изъяло приказ 2016 года главы МЧС России Владимира Пучкова о запрете плановых проверок на соответствие требований пожарной безопасности предприятий и юридических лиц, относящихся к среднему бизнесу. Законом от плановых проверок были освобождены лишь объекты малого бизнеса, на средний бизнес надзорные каникулы не распространяются. ОАО «Кемеровский кондитерский комбинат» относится к среднему бизнесу.7 июля по признакам преступления, предусмотренного ч. 3 ст. 293 УК РФ (халатность) был задержан начальник службы пожаротушения ФГКУ «1 отряд ФПС по Кемеровской области» Андрей Бурсин. Сотрудник следственного комитета сообщил о угрозах потерпевшим со стороны коллег задержанного непосредственно в здании суда.В первых числах ноября 2018 года в средствах массовой информации появились сообщения о возбуждении уголовных дел, связанных со взяточничеством при согласовании реконструкции здания будущей «Зимней вишни», фигурантом которых выступают: уже арестованная ранее Танзиля Комкова, её сын Эдуард Комков, Никита Чередниченко (получение взятки); предприниматель (в прошлом — профессиональный футболист) Вячеслав Вишневский (дача взятки) и Виктор Ефимкин (посредничество во взяточничестве). Размер взятки (7 миллионов рублей) считается особо крупным. 2 ноября 2018 года представитель Следственного комитета России Светлана Петренко подтвердила данную информацию:Вишневский после преступления в 2016 году покинул территорию Российской Федерации и до настоящего времени скрывается в Испании.