Regionens guvernör Dmytro Lunin sade direkt efter dådet att det rörde sig om ett rysk robotangrepp, vittnesmål från platsen visade på kraftiga eldsvådor och stor förstörelse.
På kvällen hade dödstalet stigit till 13. Myndigheterna befarade att antalet döda och skadade skulle stiga i takt med att räddningsarbetet fortskred.
Köpcentret ligger i Krementjuk i mellersta Ukraina invid floden Dnepr, en stad som i vanliga fall har omkring 220 000 invånare.
"Köpcentret brinner, räddningsarbetare bekämpar branden, antalet offer är omöjligt att föreställa sig", skrev president Volodymyr Zelenskyj inledningsvis på Telegram.
Enligt Zelenskyj kan 1 000 civila ha befunnit sig i byggnaden. Köpcentret utgjorde "inget hot mot den ryska armén", och hade "inget strategiskt värde", betonade han.
Ukrainas FN-ambassadör vände sig till FN:s säkerhetsråd och dess ordförandeland med en vädjan om ett extrainkallat rådsmöte efter attacken. Ett möte planeras att hållas under tisdagskvällen.
"Valde tidpunkten"
Guvernören i Poltava-regionen, där Krementjuk ligger, kallar attacken för ett "krigsbrott" och "brott mot mänskligheten", en "cynisk terrorattack mot civilbefolkningen".
Tidpunkten för angreppet var vald för att sammanfalla med tidpunkten då flest människor besöker köpcentret, enligt Ukrainas försvarsdepartement. Robotarna avfyrades från bombplan som kom från Kursk-regionen i västra Ryssland, uppger luftvapnet.
Angreppet mot köpcentret visar "djupet av barbarin och grymheten" hos Rysslands president Vladimir Putin, sade Storbritanniens premiärminister Boris Johnson.
"Världen förfäras över Rysslands robotangrepp i dag", kommenterar USA:s utrikesminister Antony Blinken på Twitter. FN:s generalsekreterare António Guterres kallar attacken "helt bedrövlig" och uppmanar till att följa internationell lag för att skydda civila.
Samtidigt attackerar Ryssland i full skala det sista större ukrainska fästet i öst, staden Lysytjank i Luhansk. Åtta civila uppges ha dödats när de var ute för att hämta dricksvatten, enligt guvernören Sergij Gaidaj.
G7 ställer krav
Tidigare under måndagen har Zelenskyj vädjat till G7-ländernas ledare att de ska fortsätta – och trappa upp – bestraffningarna mot Ryssland. Han talade till dem över länk, bakom stängda dörrar, men detaljer läckte ut.
Zelenskyj krävde dels att de omfattande sanktionerna mot Ryssland ligger kvar och utökas, dels att G7-länderna försöker bidra till att kriget ska nå ett slut innan årets slut.
Stormakternas ledare låter meddela att de står Ukraina bi "så länge som det krävs", i ett uttalande.
De kräver att alla ukrainare som Ryssland har fört bort med våld ska släppas omedelbart och att alla matexporter från Ukraina släpps fram. De uttrycker också en oro över ryska planer att placera robotar med förmåga att bära kärnvapen i allierade Belarus.
"Vi uppmanar Ryssland att uppträda ansvarsfullt och agera återhållsamt", meddelar de.
