AP:s reportrar på plats såg tidigt på fredagsmorgonen räddningspersonal dra upp den döde pojkens kropp från spillrorna efter den nattliga robotattacken.
Enligt inrikesminister Ihor Klymenko skadades över 20 personer i angreppet, bland dem ett spädbarn. Räddningsinsatser pågår under fredagen.
Enligt lokala företrädare ska en av robotarna ha landat på gatan och lämnat en krater, medan den andra träffade en trevåningsbyggnad och satte den i brand. Bråte rasade ned på gatan och omgivande byggnader och fordon skadades.
FN: Antagligen rysk robot
Attacken kom på natten efter att minst 51 sörjande människor dödades i en attack mot den ukrainska orten Hroza på torsdagen, också det i regionen Charkiv.
Det var antagligen en rysk robot som låg bakom den attacken, bedömer FN:s kontor för mänskliga rättigheter i Genève, rapporterar AFP.
I nuläget är det "mycket svårt att med absolut säkerhet fastställa vad som hände, men med tanke på platsen, med tanke på det faktum att kaféet drabbades, tyder indikationerna på att det var en rysk robot, säger FN-talespersonen Elizabeth Throssell.
Ukrainas president Volodymyr Zelenskyj beskrev på torsdagen dådet som "en rysk terrorattack" och FN, EU och USA fördömde dådet.
Ryssland tillbakavisar uppgifterna om att landet ska ha legat bakom torsdagens attack.
Hejdade robotattacker
Ukraina har skjutit ned 25 av 33 ryska drönare över sex ukrainska regioner under natten mot fredagen. Bland annat ska det ha varit attacker mot Odessa, Charkiv och Dnipropetrovsk, hävdar det ukrainska flygvapnet på Telegram.
Från ryskt håll kommer uppgifter om att luftförsvar hindrat ukrainska drönarattacker sent på torsdagen över Belgorod och Kursk, uppger det ryska försvarsdepartementet.
Belgorod gränsar mot nordöstra Ukraina och är en av de ryska gränsregioner som ofta rapporterar ukrainska drönarattacker.