Le bâtiment s'était écroulé dimanche juste avant 15H00 locales (07H00 GMT) à Qiqihar, dans la province du Heilongjiang, selon l'agence Chine nouvelle.
Située à un millier de kilomètres au nord-est de Pékin, Qiqihar est une ville géographiquement proche de la Mongolie et de l'Extrême-Orient russe.
Des images de la chaîne CCTV ont montré le toit du gymnase complètement effondré et des secouristes en train de fouiller les débris.
Les opérations de secours, qui ont mobilisé près de 160 pompiers, sont désormais terminées, a précisé CCTV.
D'après les premiers éléments d'enquête relayés par Chine nouvelle, de la perlite -une forme de verre volcanique- a été utilisée lors de la construction du toit du gymnase.
De fortes pluies dimanche ont provoqué l'expansion de ce matériau siliceux, ce qui a entraîné l'effondrement du toit, selon Chine nouvelle.
Des accidents dans le secteur du bâtiment surviennent régulièrement en Chine, après des décennies de construction rapide, au détriment parfois des règles de sécurité.