Dådet utfördes vid en marknad i Waziristan på gränsen mot Afghanistan, ett område som har varit ett tillhåll för militanta islamister i flera år.
– Självmordsbombaren kom till fots och sprängde sig själv när ett fordon från säkerhetsstyrkorna passerade, uppger en källa från de lokala myndigheterna för AFP.
Pakistans premiärminister Shehbaz Sharif säger att "mördare som dödar oskyldiga barn är fiender till mänskligheten och islam". Barnen som dödades var mellan fyra och elva år, enligt militären.
Ingen organisation har ännu tagit på sig dådet.