Etter at han kom til Ukraina, rettet han skarp kritikk mot president Vladimir Putin for anneksjonen av Krim. Han var også et viktig vitne for ukrainske myndigheter i saken mot tidligere president Viktor Janukovytsj. 23. mars 2017 ble han drept på gaten i Kyiv i et attentat hvor også attentatmannen ble drept av Voronenkovs livvakt.