Enligt lokala myndigheter träffades bland annat en marknadsplats, en moské, en busshållplats och ett bostadshus i attackerna. Polis i staden uppger att klusterbomber slog ner vid marknadsplatsen.
En förtvivlad kvinna kunde ses gråtande vid sin döda mans kropp efter attacken, rapporterar nyhetsbyrån AP, som dock inte kunnat bekräfta om klusterbomber använts.
Charkivs borgmästare Ihor Terechov säger att bombardemanget riktades mot ett av de mest tätbefolkade områdena i staden, som totalt sett hade en befolkning på omkring 1,4 miljoner invånare före kriget.
– Den ryska armén genomför slumpmässiga attacker i Charkiv, mot fredliga bostadsområden, civila dödas, säger Terechov.
"Strategiskt misslyckande"
Ukrainska företrädare uppger att Ryssland även angripit städerna Mykolajiv, Kramatorsk och Kostiantynivka under natten till torsdagen. Totalt hade fem människor dödats i ryska attacker runt om i Ukraina under det senaste dygnet, räknat från i morse, enligt Ukrainas presidentkansli.
De spridda bombardemangen kommer efter att den ryske utrikesministern Sergej Lavrov i onsdags konstaterade att Ryssland på nytt breddat sitt militära fokus, efter att de senaste veckornas strider främst utkämpats i det östligt belägna Donbass-området.
Tusentals människor har dödats och miljontals tvingats på flykt i den ryska invasion som inleddes i februari.
Anpassat sig
Kriget i Ukraina är ett "strategiskt misslyckande" för Ryssland och president Vladimir Putin, enligt chefen för den amerikanska underrättelsetjänsten CIA, Bill Burns.
USA, och även brittiska underrättelsetjänsten MI6, bedömer att omkring 15 000 ryska soldater dödats sedan kriget inleddes i februari. Ryssland har också efter fem månaders fullskaligt krig nått begränsade militära framgångar. De ryska styrkorna tvingades dra sig tillbaka efter att ha misslyckats med att ta huvudstaden Kiev. Och i stället för att splittra Nato har den ryska aggressionen fått Sverige och Finland att vilja gå med i försvarsalliansen.
– Han trodde att han skulle kunna upprätta dominans i Ukraina väldigt snabbt, säger Bill Burns, chef för underrättelsetjänsten CIA, på en säkerhetskonferens i Aspen i Klippiga bergen, rapporterar NBC.
– Det är svårt att inte se det som ett strategiskt misslyckande för Putin och Ryssland.
Samtidigt påpekar CIA-chefen att Ryssland anpassat sig efter sina första felbedömningar och katastrofala resultat. De ryska styrkorna har övergått till traditionell rysk krigföring – med massiva flyg- och artillerianfall mot städer, utan hänsyn till civila förluster.
Enligt Burns kommer ukrainarna trots svårigheterna kunna fortsätta att försvara sig "så länge vi fortsätter stötta med vapen och ammunition".