Bol ním 28-ročný ukrajinský občan Pavol Paršov, ktorý v minulosti slúžil v ukrajinskej národnej garde, ktorá spadá pod ministerstvo vnútra. Podľa poradcu ukrajinského ministra vnútra citovaného agentúrou AP bol vrah ruský agent, ktorý absolvoval výcvik ruských bezpečnostných síl. Moskva už vo štvrtok akýkoľvek podiel na smrti Voronenkova odmietla.
„Zabil ho agent ruských bezpečnostných síl … Slúžil im a dostal príkaz eliminovať nepriateľa Ruska – Denisa Voronenkova,“ vyhlásil poradca ukrajinského ministra vnútra Anton Heraščenko v ukrajinskej televízii 1 + 1. Podľa neho sa vrah narodil v Sevastopole na Kryme. Pavol Paršov v rokoch 2014 až 2016 slúžil v ukrajinskej národnej garde, ktorá spadá pod ministerstvo vnútra. Od roku 2011 bol pritom hľadaný políciou v súvislosti s hospodárskou kriminalitou, uviedla agentúra DPA. Agentúra Interfax-Ukrajine napísala, že Paršov mal pri sebe v čase zločinu identifikačný preukaz člena ukrajinskej národnej gardy. Podľa Heraščenka to mohlo byť preto, aby sa mohol prípadne bez problémov preukázať policajné hliadke, keby ho legitimovala.Ukrajinský prezident Petro Porošenko už vo štvrtok vraždu označil za čin ruského štátneho terorizmu, Kremeľ toto obvinenie okamžite poprel. Atentátnik v nemocnici zomrel na strelné zranenia, ktoré mu spôsobil Voronenkovov ochranca.
Bývalý komunistický poslanec Voronenkov emigroval na Ukrajinu a získal ukrajinské občianstvo z obavy pred prenasledovaním ruskou tajnou políciou. Vo februári kritizoval ruskú anexiu Krymu a prirovnal pomery v Rusku k nacistickému Nemecku.
Kyjev Voronenkova považoval za dôležitého svedka ruskej intervencie na Ukrajine v roku 2014. Ukrajinský generálny prokurátor Jurij Lucenko oznámil, že Voronenkov bol zabitý krátko pred tým, ako mal na vojenskej prokuratúre vypovedať. Čoho sa výpoveď mala týkať, Lucenko neoznámil.