Skalvet inträffade i Egeiska havet mellan Turkiet och Grekland. Det kändes i flera turkiska provinser och på de grekiska öarna Samos och Kreta samt i huvudstaden Aten.
USA:s geologiska myndighet USGS registrerade magnituden 7,0. Den turkiska katastrofmyndigheten Afad angav 6,6.
Bilder i sociala medier visar hur vatten forsade fram på gatorna i Izmir efter svallvågor från havet. Staden har runt tre miljoner invånare och är en turistmagnet.
En video visade hur folk jublade lättat när en kvinna kunde dras ut levande från rasmassor. Enligt guvernör Yavuz Kosger hade ett 70-tal personer haft samma tur.
Tonåringar döda
Turkiets katastrofmyndighet uppgav senare under kvällen att 17 personer påträffats döda. Antalet skadade hade då stigit till 700. Räddningstjänstens arbete med att söka igenom 17 helt kollapsade eller delvis raserade byggnader fortsatte.
Skalvet skedde i Egeiska havet, 14 kilometer utanför grekiska staden Karlovasi på ön Samos, och utlöste en mindre tsunami.
– Väggarna på en del hus har rasat och flera byggnader har fått skador, säger Samos biträdande borgmästare Michalis Mitsios enligt den statliga tv-kanalen ERT.
Utöver de omkomna i Turkiet avled dessutom två tonåringar på Samos.
Grekisk kondoleans
Flygbilder från den turkiska tv-kanalen NTV visade hur hela kvarter i Izmir ligger i spillror. Och runt om i staden steg rök upp från demolerade byggnader.
Förödelsen är sådan att döds- och skadesiffrorna befaras öka; hur många människor som fastnat i hoprasade hus är oklart.
Turkiets president Recep Tayyip Erdogan twittrar att han är redo att hjälpa till "med alla medel staten förfogar över".
Greklands premiärminister Kyriakos Mitsotakis ringde upp Erdogan och kondolerade förlusten av liv. "Vilka skiljaktigheter vi än må ha, är detta en tid när våra folk behöver samlas tillsammans", skrev Mitsotakis på Twitter.
Annars är spänningarna starka mellan länderna på grund av en tvist om rätten till gas- och oljefyndigheter i östra Medelhavet.