המחבל, כמאל עא-עזיז חסן מחמד, דקר חייל צה"ל בשדרות בן גוריון בעיר ופצע אותו באורח קל. חייל אחר שעבר במקום רדף אחריו, ירה בו ופצע אותו באורח קשה. מאוחר יותר נקבע מותו בבית החולים.

לפי שב"כ, במהלך החקירה התברר כי מחמד פעל בהשראת ארגון המדינה האיסלאמית והיה מוסלמי אדוק. הוא הסתנן לארץ דרך גבול מצרים, ובשנת 2009 נעצר בחשד למעורבות בעבירות אלימות. בשנת 2014 ברח ממתקן חולות ומאז התגורר באשדוד.

חברו של מחמד סיפר כי הוא התגורר איתו בחודש שקדם לפיגוע בדירה באשדוד ועבד איתו בריתוך במפעל באזור התעשייה בעיר. 

במסגרת חקירה משותפת של שירות הביטחון הכללי ומשטרת המחוז הדרומי, מסתמן כי הוא הושפע מדאעש. בין היתר, בשב"כ אומרים כי במכשיר הטלפון הנייד שלו החזיק תמונות של פעילי דאעש במקומות שונים בעולם.

משיחות שקיים עם מכריו של המחבל לאחר הפיגוע עלה כי מצבו הנפשי היה רעוע -  חברו מספר "בהתחלה הוא היה בסדר, מדבר עם אנשים ומשחק כדורגל, אך לאחר ארבעה-חמישה חודשים הוא הפסיק לדבר עם אנשים וביום אחד הוא נעלם בלי להגיד כלום לאף אחד".