กระทรวงการต่างประเทศยูเครนยื่นคำร้องต่อศาลอาญาระหว่างประเทศเกี่ยวกับเหตุโจมตีซึ่งกระทรวงฯ เรียกว่าเป็นอาชญากรรมสงครามของรัสเซีย[33] ในขณะที่รัสเซียกล่าวว่าฝ่ายตนจะเริ่มดำเนินการสืบสวนเอง[17] เจ้าหน้าที่ของรัสเซียและของยูเครนเรียกร้องให้กาชาดสากลและสหประชาชาติเข้าแทรกแซง[34][35] ในช่วงค่ำของวันที่ 30 กรกฎาคม รัสเซียประกาศว่าจะอนุญาตให้ตัวแทนจากองค์การเหล่านี้เข้าไปตรวจที่เกิดเหตุได้[36] อย่างไรก็ตาม คณะกรรมการกาชาดระหว่างประเทศ (ไอซีอาร์ซี) ประกาศว่าตนไม่ได้รับคำเชิญและไม่ได้รับคำตอบจากการขอเข้าไปยังที่เกิดเหตุ[37][4] เมื่อถึงเดือนตุลาคม พ.ศ. 2565 ไม่มีผู้สังเกตการณ์จากนานาชาติหรือองค์การด้านมนุษยธรรมใด ๆ ได้รับอนุญาตให้เข้าไปในออแลนิวกาหรือได้รับอนุญาตให้เข้าถึงผู้รอดชีวิต นอกจากนี้ ฝ่ายรัสเซียยังไม่เคยเผยแพร่รายชื่อผู้เสียชีวิตและผู้บาดเจ็บอย่างละเอียด และไม่เคยแจ้งเตือนญาติของพวกเขาและไอซีอาร์ซีซึ่งขึ้นทะเบียนพวกเขาเป็นเชลยศึกอย่างเป็นทางการระหว่างการยอมจำนนในเมืองมารีอูปอล[4][38][27]

เมื่อวันที่ 3 สิงหาคม พ.ศ. 2555 อังตอนียู กูแตรึช เลขาธิการสหประชาชาติ ประกาศว่าเขาตัดสินใจที่จะจัดตั้งภารกิจค้นหาข้อเท็จจริงตามที่ทั้งรัสเซียและยูเครนร้องขอ[9] แต่ก็มายกเลิกภารกิจดังกล่าวเมื่อวันที่ 3 มกราคม พ.ศ. 2566 (ตามคำกล่าวของโฆษกสหประชาชาติ) "เนื่องจากคณะทำงานของสหประชาชาติไม่สามารถเข้าถึงที่เกิดเหตุได้"[11]

ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2566 รายงานของสำนักงานข้าหลวงใหญ่สิทธิมนุษยชนแห่งสหประชาชาติว่าด้วยการปฏิบัติต่อเชลยศึกในช่วงสงครามรัสเซีย-ยูเครนอ้างว่าได้พบรายละเอียดใหม่เกี่ยวกับการสังหารหมู่ซึ่งชี้ให้เห็นถึงความเป็นผู้ผิดของรัสเซีย รายละเอียดเหล่านั้นได้แก่การสั่งให้ผู้คุมค่ายออกจากโกดังโรงนอน การสั่งให้ผู้คุมขุดคูค่ายเพื่อใช้กำบังตัวเอง การที่ผู้คุมสวมเสื้อเกราะกันกระสุนและหมวกนิรภัย และการยิงจรวดจากระบบยิงเบเอม-21 กราดที่เพิ่งติดตั้งใหม่เพื่อกลบเสียงที่เกิดจากการระเบิด[39]