Båten tros ha haft 130 passagerare ombord, uppger den franska hjälporganisationen SOS Mediterranee.
En annan farkost, en träbåt som ska ha fraktat ett 40-tal personer, saknas också.
Det var i onsdags som larm kom om att tre båtar var i nöd i "hård sjö med upp till sex meter höga vågor". SOS Mediterranee började då söka efter båtarna, som befann sig på internationellt vatten.
Inga överlevande ska ha hittats.
Vart den tredje farkosten tagit vägen finns det inga uppgifter om.
Över 2 200 migranter omkom i fjol när de försökte nå Europa via Medelhavet, enligt FN:s migrationsorgan IOM. Sedan januari har över 350 migranter dött eller försvunnit när de försökt ta sig över Medelhavet, enligt SOS Mediterranee.