Existem relatos conflitantes sobre o que a aeronave IL-76 carregava.
Agências de notícias russas, citando o Ministério da Defesa, disseram que 65 militares ucranianos estavam a bordo e eram levados de avião para Belgorod para uma troca de prisioneiros.
O governador de Belgorod afirmou que todos os passageiros a bordo morreram.
Já fontes ucranianas afirmaram que o avião transportava mísseis para o sistema de defesa aérea S-300.
A CNN não conseguiu verificar de forma independente nenhuma das afirmações.
Seis tripulantes e três guardas também estavam a bordo do avião de carga IL-76, disseram autoridades russas.
O presidente do Comitê de Defesa do Parlamento russo, Andrey Kartapolov, disse que havia um segundo avião militar, também um IL-76, transportando mais 80 prisioneiros de guerra, que foi desviado.
Kartapolov também disse que "a liderança ucraniana estava bem ciente da troca iminente e foi informada sobre como os prisioneiros seriam entregues. Mas o avião IL-76 foi abatido por três mísseis".
A CNN entrou em contato com várias fontes do governo ucraniano sobre as alegações da Rússia de que a Ucrânia foi responsável pela queda do avião, mas não recebeu nenhum comentário em resposta.
O governador de Belgorod, Vyacheslav Gladkov, disse que a causa do acidente estava sendo investigada.
"Um avião de transporte caiu no distrito de Korochansky. Ele caiu em um campo perto de um assentamento. Todos a bordo morreram", disse Gladkov.
"Agora o local do acidente está isolado. Todos os serviços operacionais estão no local, estão a ser realizadas medidas de investigação", acrescentou.
O avião caiu cerca de 5 a 6 quilômetros da vila de Yablonovo, no distrito de Korocha, na região de Belgorod, de acordo com a agência de notícias estatal russa TASS.
"Nenhum dano foi causado à aldeia, pois [o avião] caiu em um campo fora da aldeia", disse um clérigo local, Rev. Georgy, reitor da igreja Dimitri Solunsky em Yablonovo, à TASS.
O Kremlin se recusou a comentar o acidente. O porta-voz Dmitry Peskov disse: "Esta é uma informação bastante nova, vamos agora lidar com ela. Não posso dizer nada ainda."
O Ilyushin Il-76 é uma aeronave de transporte militar da era soviética com carga útil de mais de 50 toneladas, de acordo com o órgão europeu de segurança aérea, Eurocontrol, ela opera desde 1975.
A cidade fronteiriça de Belgorod foi palco de um dos mais mortíferos ataques ucranianos em solo russo no final do ano passado.
Pelo menos 24 pessoas, incluindo três crianças, foram mortas e outras 108 ficaram feridas nos ataques, que desencadearam ataques retaliatórios russos na região de Kharkiv, na Ucrânia.
A queda do avião ocorre no momento em que a guerra da Rússia na Ucrânia está prestes a entrar no seu terceiro ano, com pouco progresso no campo de batalha feito por ambos os lados nos últimos meses.
Avaliações da inteligência ocidental alertam que o movimento no campo de batalha poderá estagnar ainda mais este ano.
Kiev e Moscou trocaram prisioneiros de guerra durante o conflito. A maior troca ocorreu no início de janeiro, quando os dois lados trocaram, cada um, mais de 200 prisioneiros.
