Трагедія сталася посеред дня 24 січня 2011 року. Близько 16:30 за московським часом декілька людей увійшли до зони прильоту аеропорта Домодєдово. Вони скористалися тим, що біля входу не чергувала охорона, як це було біля рамок металошукача, що розташовані на вході до зони прильоту. Тож терористи безперешкодно обійшли пункт контролю. Двоє з них попрямували до «зеленої зони», де зустрічаючі чекали на прибуття рейсів. Згодом у натовпі пролунав перший вибух.
Як потім повідомили в МНС, вибуховий пристрій привів у дію смертник, на якому був закріплений пояс шахіда. Аеропорт закрили на 10 хвилин, потім відкрили «на приліт». Офіційна влада спочатку повідомляла про 3-7 загиблих, потім пролунала цифра 31 людина. Остаточна цифра – 37 загиблих, 173 поранених. Серед заглиблих була громадянка України – 29-річна драматург Ганна Яблонська, яка летіла до Москви з Одеси, щоб отримати премію журналу "Мистецтво кіно".
За годину після теракту почали з’являтися повідомлення про потужність вибухового пристрою, яка дорівнює 5-7 кг у тротиловому еквіваленті. Слідча комісія пізніше заявила, що бомба «представляла з себе безоболонковий пристрій потужністю два-п'ять кг». Співробітники Слідчого комітету (СК) відкрили кримінальну справу за статтею «Теракт».
Перша інформація про теракт з’явилася на центральних телеканалах лише через 1,5 години після вибухів. Близько 19:30 на місці вибуху виявили голову терориста-смертника. Спочатку повідомлялось, що це чоловік 30-35 років арабської зовнішності. Пізніше спецслужби заявили, що останки настільки спотворено, що за ними неможливо визначити ні стать, ні національність, ні вік терориста.
На початку лютого низка чиновників, в тому числі Владімір Путін, оголосили про розкриття теракту в "Домодєдово"; незабаром після цих заяв президент Росії Дмітрій Мєдвєдєв заявив, що подібні висловлювання до рішення суду є передчасними.
7 лютого російські ЗМІ повідомили, що відповідальність за вибух у Домодєдово взяв на себе глава "Кавказького емірату" Доку Умаров. Журналісти послалися на відеозвернення Умарова, який називає себе верховним аміром "Імарату Кавказ", розміщеному на сайті "Кавказцентр".
8 лютого суд заарештував на два місяці брата і сестру 20-річного Магомеда Євлоєва, який, начебто, і влаштував вибух. Разом з 16-річним Ахмедом Євлоєвим і 22-річною Фатімою Євлоєвою було арештовано 22-річного жителя села Алі-Юрт Умара Аушева. Загалом було затримано 5 осіб від 16 до 23 років.
10 лютого російські правоохоронці затримали 18-річного Башира Хамкоєва, нібито ватажка терористів, причетних до вибухів у "Домодєдово". 3 лютого він потрапив у ДТП в районі населеного пункту Яндирка, після якої був доставлений в лікарню. При огляді автомобіля Хамхоєва співробітники міліції знайшли автомат і патрони, після чого його затримали. Пізніше стало відомо, що він перебував у розшуку. За висновками слідчих, Хамхоєв є одним з лідерів підпільного угруповання Сунженського району Інгушетії. Він нібито тримав зв'язок з бойовиками лідера угруповання Північного Кавказу Доку Умарова, який міг бути організатором вибуху в Москві.
27 лютого перший заступник голови Ради Федерації РФ, член Національного антитерористичного комітету (НАК), глава Кавказької комісії, перший віце-спікер Ради Федерації Олександр Торшин звинуватив Грузію в причетності до теракту в «Домодєдово». Грузія одразу відповіла спростуванням. Прес-спікер президента Грузії Манана Манджгаладзе назвала обвинувачення "абсурдною заявою».
28 лютого у Чечні затримали бойовиків, які назвали організатором теракту командира південно-західного центру опору "Імарата Кавказ". Раніше Національний антитерористичний комітет оголосив про те, що ім'я підозрюваного – Аслан Бютукаєв, він очолює батальйон смертників "Ріяд ас-саліхійн".
26 жовтня 2011 року у Слідчому комітеті РФ повідомили, що російський суд заочно виніс постанови про обрання запобіжного заходу у формі взяття під варту Доку Умарова і Аслана Бютукаєва, яких звинувачують в організації теракту.
За даними офіційного представника СК Володимира Маркіна, вибух в аеропорті "Домодєдово", обійшовся організаторам в 500 тис. рублів. Зараз під вартою перебуває четверо людей. Це Ахмед Євлоєв (брат смертника), житель Інгушетії Башир Хамхоєв, затриманий на початку лютого 2011 року, а також брати Іслам й Іллєз Яндієв (повідомлялося, що слідство підозрює їх у тому, що вони допомогли смертникові дістатися до аеропорту). Однак, обвинувачення підозрюваним досі не пред’явлені. За словами Маркіна, комітет тільки готує "звинувачення в остаточній редакції".
24 січня 2012 року Слідчий комітет Російської Федерації відзвітував про хід розслідування цього теракту. За даними СКР, на півмільйона рублів, переданих на підготовку вибуху, було придбано автомобіль і засоби зв'язку, а також орендовано квартиру в Москві. Маркін заявив, що слідство вважає організаторами вибуху одного з лідерів чеченського підпілля Доку Умарова. Виконавцями вибуху, які підготували смертника Магомеда Євлоєва, за словами представника СКР, були члени групи, що базувалася на території Інгушетії. До її складу входили 35 осіб, а очолювали її, за словами Маркіна, Аслан Бютукаев і Суп'ян Абдуллаєв.