Той е покосен от четири куршума пред дома си на ул. „Латинка" 15 в София.

В деня на убийството, около 9:20 ч. Луканов излиза и се отправя към личния си автомобил „Пежо 306", паркиран на около 15 м от входа. В колата го чака шофьорът му. Луканов влиза в колата, но се сеща, че е забравил нещо. Връща се, приближава се до домофонната уредба и се опитва да се свърже със съпругата си.

През това време убиецът стреля четири пъти от разстояние 1,5 -2 метра с пистолет „Макаров". Един от куршумите попада в областта на дясното слепоочие на бившия премиер, а други три - в гърба. Андрей Луканов умира на място. 

Няма нито един свидетел на убийството, само възрастна жена, живееща в отсрещния блок, съобщава за дрипав мъж, който ровел в кофите за боклук малко преди изстрелите. Показанията на още няколко човека потвърждават версията, че убиецът е бил дегизиран като клошар.

Полицията незабавно разпространява портрет на предполагаемия убиец. Под контрол е поставено летището. От мистериозния скитник обаче няма и следа.

Пистолетът, с който се смята, че е било извършено убийството, е намерен 40 дни по-късно зад радиатор на площадката между етажите в жилищен блок на съседната улица „Димчо Дебелянов". Веднага след смъртта на бившия премиер в печата се появяват много и различни версии – от покушение на „енергийната мафия“ до битови причини.

За убийството бяха задържани и осъдени Александър Русов, Алексей Кичатов, Георги Георгиев, Ангел Василев и Юрий Ленев. Според прокуратурата физическият убиец на Андрей Луканов е Русов, а пистолетът му е бил даден от Кичатов.

През 2003 година Софийският градски съд постанови пет доживотни присъди. Обвиняемите обжалваха и година по-късно апелативните магистрати отмениха решението на първата инстанция.

Три години по-късно Върховният касационен съд оправда окончателно всички подсъдими в процеса за убийството на Луканов. Тогава в мотивите си съдът посочи, че е извършен прецизен анализ на събраните доказателства, а прокуратурата не е успяла да докаже обвинението по изискуемия от закона несъмнен начин.

През 2012 г. пък Юрий Ленев осъди България в Европейския съд по правата на човека в Страсбург. Европейският съд установи, че Ленев е бил изтезаван от полицейски служители с цел изтръгване на показания и му присъди обезщетение в размер на 27 000 евро за претърпени неимуществени вреди, както и 4000 евро за разноски по делото. 

Така и до днес разстрелът на бившия премиер остава неразкрит, а поръчителите неизвестни.