La police provinciale du Québec a confirmé le bilan de l'attaque, mais c'est l’hôpital de Québec-Université Laval qui a plus tard précisé que six des blessés, hospitalisés à l'hôpital de l'Enfant-Jésus, sont dans un état critique. D'autres personnes ont été blessées plus légèrement, alors que 39 s'en sont sorties indemnes, selon la police.

Quelques dizaines de fidèles se trouvaient à l'intérieur du centre, situé sur le chemin Sainte-Foy, lorsqu'au moins un suspect armé serait entré à l'intérieur de l'édifice, vers 19h45 (h/locale), avant d'ouvrir le feu sur les fidèles.

Au moment de l'attaque, les hommes priaient au rez-de-chaussée, tandis que les femmes et les enfants se trouvaient à l'étage.

Deux suspects ont été arrêtés. Une source policière a confié que les deux suspects sont des étudiants inscrits à l’Université Laval. L'un serait Alexandre Bissonnette, d’origine québécoise et l'autre Mohamed Khadir, d'origine marocaine.

L'un des assaillants a été intercepté sur place. L'autre a pu s'enfuir en voiture, mais il a été arrêté près du Pont de l'Île d'Orléans, à une vingtaine de kilomètres. Avouant son crime, le jeune homme de 27 ans a expliqué qu'il se sentait mal après l'attentat et avait menacé de mettre fin à ses jours, révèle le quotidien Le Soleil. Son véhicule, une Mitsubishi noire, était arrêté, feux clignotants en marche. Il a été amené au quartier général de la police de Québec. Des armes de poing et une AK-47 ont été trouvées dans le véhicule.

La police a précisé dimanche soir que les personnes décédées avaient de 35 à 70 ans et que huit personnes ont été blessées, dont cinq gravement.

Selon des témoignages, l'accent québécois d'un des deux assaillants ne laissait pas de doute sur son origine. Quelques minutes avant 20 h, les deux meurtriers ont commencé à tirer. L'un d'eux a crié «Allah akbar». Le tireur aurait eu le temps de recharger son arme à trois reprises, selon un témoignage.

Le ministre québécois de la Sécurité publique, Martin Coiteux, a indiqué que la structure de gestion policière contre le terrorisme avait été déployée.