"Just under den blodige diktatorn Putins tal ... skadades och dödades fredliga invånare i Cherson mitt på gatan, i sina hem och på sina arbetsplatser", uppger en talesperson för den ukrainska militären.
Minst fem personer dödades och 16 andra har förts till sjukhus med skador, enligt lokala myndigheter.
Länet Cherson är delvis ockuperat av ryska styrkor och har upprepade gånger utsatts för robotangrepp den senaste tiden.
Ukrainas president Volodymyr Zelenskyj uppger i sociala medier att Ryssland dödar civila "skoningslöst".
"En parkering, bostadsområden, ett höghus och en kollektivtrafikhållplats träffades, skriver Zelenskyj.
AFP-journalister på plats har sett döda täckta med plast eller foliefiltar nära en busshållplats och en mataffär i Cherson.
Trots att Ryssland i november drog sig tillbaka från Cherson utsätts staden regelbundet av attacker. Staden ligger vid floden Dnepr och är huvudstad i länet med samma namn, som är ett av de fyra län som Ryssland i höstas sade sig ha annekterat efter att ha genomfört riggade folkomröstningar. Ryssland har aldrig kontrollerat länen fullt ut.
Enligt uppgifter från Cherson hördes 20 explosioner. Detta samtidigt som Rysslands president Vladimir Putin höll sitt närmare två timmar långa tal i Moskva under tisdagen.