Disparos fueron realizados en el Centro Cultural Islámico de Quebec en la noche del domingo, donde más de 50 personas se habían reunido para la oración de la tarde.
Un sospechoso fue detenido en el lugar y otro fue detenido en las inmediaciones. La policía no cree que hay otros sospechosos en general.
Las autoridades canadienses están tratando a los disparos como un ataque terrorista.
"Condenamos este ataque terrorista contra los musulmanes en un centro de culto y refugio", dijo el primer ministro Justin Trudeau en un comunicado.
"Musulmanes canadienses son una parte importante de nuestro tejido nacional, y estos actos sin sentido no tienen cabida en nuestras comunidades, ciudades y países."
Quebec Premier Philippe Couillard también se refirió a los disparos como un ataque terrorista.
Los muertos tenían edades comprendidas entre 35 y 70 años de edad, dijo la portavoz de la policía Christine Coulombe. Algunos de los heridos se encuentran en estado grave, dijo.
La policía dijo que la zona era segura y la situación estaba "bajo control". Treinta y nueve personas habían abandonado la mezquita con seguridad, dijeron.
Las autoridades de Quebec no han identificado a los sospechosos, pero Radio Canadá citó a una fuente cercana a la investigación como diciendo que eran estudiantes en la Universidad Laval en Quebec y uno era de origen marroquí.
Un testigo dijo a la emisora de radio que dos personas encapuchadas habían irrumpido en la mezquita. Una abrieron fuego sobre los que rezan y gritaron "Allahu Akbar", en árabe significa "Dios es grande".
Uno de los sospechosos huyeron del lugar en un vehículo, pero fue detenido en un puente que conduce a la isla de Orleans, informaron los medios locales. El sospechoso había llamado a la policía a sí mismo, dijo Radio Canadá.
Armas automáticas y pistolas fueron recuperados por la policía, Journal de Quebec informó.
El presidente de la mezquita, Mohamed Yangui - que no estaba dentro en el momento - dijo que el tiroteo había sucedido en la sección de la mezquita de los hombres.
"¿Por qué esta pasando aquí? Esto es una barbaridad", dijo.
En su página de Facebook del centro agradeció al público "para los cientos de mensajes de compasión".
En junio del año pasado la misma mezquita fue objeto de un incidente islamófobo cuando la cabeza de un cerdo fue dejada en el frente del edificio, con una tarjeta que dice "bonne appétit".
Comer carne de cerdo está prohibido en el Islam.
