A las 9:53 se produjo una explosión en el edificio. En pocos segundos, la AMIA y varios edificios aledaños quedaron reducidos a escombros. En el atentado murieron 85 personas y otras 300 quedaron heridas, 67 de las víctimas se encontraban dentro del edificio y otras 18 en la vereda o en edificios aledaños.

Más de 100 viviendas y comercios cercanos quedaron destruidos, la pérdida de gas en la zona fue de gran magnitud, la onda expansiva arrasó con toda la cuadra de Pasteur al 600/700, lanzando autos, árboles, carteles y personas por los aires; los vidrios de las ventanas de las viviendas y negocios estallaron hasta a seis cuadras a la redonda.

La investigación de este atentado tuvo trabas, zonas oscuras y todo tipo de idas y vueltas, que hicieron prácticamente nula la causa durante todo el período de Menem como presidente.

A los 10 años del atentado, la investigación acumulaba unas 100 mil páginas y más de 1500 carpetas con escuchas. El juicio, empezado en septiembre de 2001, había terminado en 2004, con un fallo demoledor del Tribunal Oral Federal 3: a raíz de las numerosas irregularidades cometidas en la causa, el dictamen declaraba todo nulo.

En el 2005, el presidente Néstor Kichner denominó estas investigaciones como incompetentes y sin resolver, declarándolas una "deshonra nacional". El juez que llevaba adelante la causa fue destituido.
A principios de 2005, la CIA identificó a dos hermanos de Berro, que vivían en Detroit, Estado de Michigan, en Estados Unidos. Hassan Berro, de 42 años, había emigrado desde el Líbano en 1985 y trabajaba como mecánico. Su hermano Abbas, de 27 años, había llegado a Detroit en 1996 y era mecánico dental.
El 25 de octubre de 2006, los fiscales Alberto Nisman y Marcelo Martínez Burgos formalmente acusaron al gobierno iraní de planificar el atentado y al Hezbollah de ejecutarlo.

El 7 de noviembre de 2007, Interpol ratificó las conclusiones de la justicia argentina. El entonces Gobierno argentino requirió a Irán la extradición de sus ciudadanos acusados por el ataque para ser juzgados por un tribunal argentino o extranjero.

Después de avanzar muy lentamente, y haber pasado por las manos de otros dos magistrados, en 2009 en una decisión muy celebrada por los grupos de familiares, el juez federal Ariel Lijo procesó al ex presidente Carlos Saúl Menem, al ex juez Juan José Galeano, al jefe de la SIDE menemista Hugo Anzorreguy y al ex comisario Jorge "Fino" Palacios, entre otros.

Sin embargo, tres años después, el mismo Lijo sobreseía al ex ministro del Interior Carlos Corach, a cuatro ex secretarios del ex juez Juan José Galeano y a tres ex policías.

En enero de 2013, la ex presidenta anunció que había alcanzado un acuerdo con el Gobierno iraní. El Memorándum incluía la creación de una Comisión de la Verdad, integrada por juristas internacionales propuestos por cada país, para interrogar en Teherán a los ciudadanos iraníes que tenían un pedido de captura de Interpol.