Az ügynek huszonnyolc vádlottja van, nevük alapján mind törökök. Köztük van a 2016. júliusi törökországi puccskísérlet kiterveléséért felelőssé tett, Amerikában élő Fethullah Gülen muzulmán hitszónok is. Az ankarai főügyészség tizenhat embert hozott közvetlen összefüggésbe a merénylettel. Tizenhárom vádlott van előzetes letartóztatásban, közülük kilencen jelentek meg személyesen, négyen pedig videokonferencia-rendszeren keresztül kapcsolódtak be az első tárgyalásba.

Az ügyészség a török alkotmány megsértése, fegyveres terrorszervezetben való részvétel, terrorista céllal kitervelt gyilkosság, terrorista céllal kitervelt gyilkossági kísérlet, valamint félelem és pánik keltésére alkalmas terrorista céllal történő fegyverhasználat bűntetteiért életfogytiglani börtönbüntetést, továbbá rövidebb szabadságvesztéseket kért a gyanúsítottakra. A gyilkosságban nem közvetlenül érintett 12 ember fegyveres terrorszervezeti tagság miatt 7-től 15 évig terjedő börtönbüntetéssel néz szembe.

A 62 éves orosz diplomatát egy fotókiállítás megnyitóján, televíziós kamerák előtt lőtte le egy 22 éves, szolgálaton kívüli, civil ruhát viselő rendőr. Mevlüt Mert Altintas iszlamista és a szíriai Aleppó elleni orosz légi offenzívát felemlegető jelszavakat kiabált, mielőtt a török hatóságok végeztek vele.

A 609 oldalas vádirat értelmében a merénylet mögött Gülen és az ő nemzetközi hálózata áll, amelyet a török vezetés Fethullahista Terrorszervezet (Fethullahci Terör Örgütü, FETÖ) néven terrorszervezetnek nyilvánított a 2016 júliusában történt puccskísérletet követően. A hivatalos álláspont szerint a mozgalom tagjai céltudatosan, hosszú évek alatt szivárogtak be a közszférába, és párhuzamos államot építettek ki egyebek mellett a rendőrségen belül is. Gülen már korábban tagadta, hogy ő állna Karlov meggyilkolásának hátterében, amikor felmerült a neve az esettel kapcsolatban. A szöveg alapján a merénylet Ankara és Moszkva szembeállítására irányuló provokáció volt. 

Az eset után az orosz külügyminisztérium terrortámadásnak minősítette a gyilkosságot, majd az orosz kormány egy sor tárcaközi intézkedésről döntött a külföldön szolgálatot teljesítő orosz diplomaták védelmének megerősítésére. Az orosz és a török vezetés a történtek nyomán egyaránt a két ország közeledése és az együttes szíriai rendezési kísérlet elleni provokációként értékelte a terrortámadást. Ankarában Andrej Karlovról nevezték el azt az utcát, ahol az orosz nagykövetség található.