Enligt FSB är mannen som har gripits en 29-årig uzbek som ska ha rekryterats av Ukrainas säkerhetstjänst (SBU). I utbyte ska han ha blivit lovad 100 000 dollar (närmare 1,1 miljoner svenska kronor) och en resa för att kunna bosätta sig i Europa, enligt uppgifter till den statligt kontrollerade nyhetsbyrån Tass.
Enligt källor har två personer gripits, rapporterar den ryska tidningen Kommersant.
Enligt källorna spårades de misstänkta från platsen där explosionen inträffade, och där övervakningskameror ska ha registrerat två misstänkta bilar.
Kirillov och hans medarbetare dödades i en explosion nära ingången till ett bostadshus i Moskva. Sprängladdningen hade placerats i en elskoter och ska ha utlösts på distans, enligt rysk media.
En tjänsteman inom Ukrainas säkerhetstjänst (SBU) uppgav på tisdagen att landet låg bakom mordet.
– Kirillov var en krigsförbrytare och ett helt legitimt mål, eftersom han gav order om att använda förbjudna kemiska vapen mot den ukrainska militären, sa han då.
Uppgifterna har inte verifierats av oberoende källor.