Angreppet, som tog över ett år att förbereda, riktades mot fem olika flygbaser och utfördes med drönare som smugglats in i Ryssland i containrar på lastbilar.
Bland de träffade planen fanns kärnvapenbärande strategiska bombflygplan av typen Tu-95 och Tu-22M samt A-50-flygplan, som används för övervakning och målsökning.
Enligt ABC News användes även robotar vid angreppet, vilket i så fall skulle innebära att långdistansrobotar av västerländskt ursprung har använts vid ett angrepp mot Rysslands kärnvapeninfrastruktur – en potentiellt farlig eskalering av kriget.
Rysslands försvarsdepartement bekräftar attacken, som inträffade på söndagen.
Ukrainas president Volodymyr Zelenskyj uppges ha övervakat operationen personligen.
– Vi gör allt för att skydda vår självständighet, vår stat och vårt folk, säger Zelenskyj i ett uttalande.
Vita huset säger till Fox News att president Donald Trump och hans administration inte informerades om attacken i förväg.
Attacken sker samtidigt som nya fredssamtal mellan Ukraina och Ryssland är planerade att inledas i Istanbul.
Dagen före drönarattacken rapporterades flera explosioner på broar i Ryssland nära gränsen till Ukraina, delvis riktade mot civila mål. En järnvägsbro i Bryansk-regionen förstördes när ett passagerartåg med 388 personer passerade under, rapporterar Fox News.
Ytterligare en bro sprängdes fyra timmar senare i Kursk-regionen, enligt ryska utredare.
