Ban đầu, đám cháy bị nghi ngờ là do ngẫu nhiên. Tuy nhiên, nhiều nhân chứng cho biết đã nhìn thấy có người vào cổng ngay trước khi đám cháy xảy ra, hai chiếc bật lửa được tìm thấy ở hiện trường.[2]

Các cuộc điều tra sau đó cho thấy đám cháy là một hành động phóng hỏa. Một người đàn ông 69 tuổi, được xác định là Chae Jong-gi (Tiếng Hàn: 채종기; Hanja: 蔡宗基), đã bị cảnh sát bắt giữ vào ngày 12 tháng 2, vì nghi ngờ chính ông ta là người gây ra vụ cháy. Chae đã thú nhận hành vi phạm tội 30 phút sau khi bị bắt.[5][6][7] Theo báo cáo của cảnh sát, Chae đến Sungnyemun vào khoảng 8:35 tối, mang theo một chiếc thang nhôm, ba chai dung dịch pha loãng sơn 1,5 lít và hai chiếc bật lửa. Ông dùng thang leo lên bức tường phía tây của cổng và đi lên tầng hai. Tại đây, ông ta bắt đầu phóng hỏa bằng cách đổ lên sàn bằng chất pha loãng sơn và châm lửa.[8] Chae khai rằng nguyên nhân phóng hỏa vì tức giận về việc không được thanh toán đầy đủ cho mảnh đất mà ông đã bán cho các nhà đầu tư.[6] Chae từng bị buộc tội phóng hỏa Xương Khánh cung ở Seoul vào năm 2006.[9][10]

Lý do Chae Jong-gi chọn mục tiêu là Sungnyemun vì nơi này dễ dàng tiếp cận và chỉ được bảo vệ bằng cảm biến chuyển động.[11] Ông ta cũng cân nhắc đến việc tấn công tàu hỏa hoặc xe buýt, nhưng sau đó từ bỏ ý định vì "sợ gây ra thương vong lớn".[12] Ngày 25 tháng 4 năm 2008, Tòa án thủ đô Seoul đã tuyên án 10 năm tù đối với Chae Jong-Gi, về hành vi phóng hỏa cổng thành Sungnyemun và gây ra những "tổn hại không thể bù đắp" đối với người dân Hàn Quốc.[13][14]