Thủ phạm được nhận diện là Mevlut Mert Altıntaş (IPA: [mevlyt mæɾt ɑɫtɯntɑʃ]; 22 tuổi), một cảnh sát viên Thổ Nhĩ Kỳ ngoài giờ làm việc. Y sinh năm 1994, tốt nghiệp từ Học viện Cảnh sát İzmir năm 2014, làm việc được 2 năm rưỡi cho cảnh sát Ankara và được người địa phương mô tả là một người nhanh nhẹn.[28] Theo nhà chức trách, thủ phạm đã thuê phòng vào ngày 14 tháng 12 ở một khách sạn gần nhà triển lãm và đến vào ngày thứ Hai. Phòng này hiện được niêm phong. Theo tường thuật của các phương tiện truyền thông, kẻ tấn công, nhờ thẻ ID cảnh sát của mình mà vào được cuộc triển lãm. Theo đó, vũ khí của y gây báo động tại cửa khẩu an ninh, nhưng sau khi trình giấy tờ của mình y được mang vũ khí vào.[29]

Sau khi bắn Karlov nhiều phán đạn, Altıntaş được báo chí tường thuật là đã hét lên: "Allahu Akbar (Allah là đấng vĩ đại) Đừng quên Aleppo, đừng quên Syria." [4][7][30][31] Sau vụ ám sát, Altıntaş sau 15 phút đấu súng bị lực lượng an ninh bắn hạ tại chỗ.[32] Karlov đã được đưa vào bệnh viện, nhưng sau đó đã chết.[4]

Mevlut Mert Altintas thuộc một nhóm cảnh sát đặc biệt. Nhóm này thuộc vòng bảo vệ thứ 2 sau những người bảo vệ trực tiếp cho tổng thống Thổ Nhĩ Kỳ Recep Tayyip Erdoğan. Từ tháng 7 cho tới nay anh ta đã 8 lần được trao nhiệm vụ bảo vệ Erdoğan tại các nơi công cộng.[33]