En avril, Washington avait annoncé avoir envoyé des missiles ATACMS de plus longue portée à l'Ukraine, qui les réclamait de longue date afin de pouvoir frapper plus loin derrière la ligne de front.
Ni l'Ukraine, ni les États-Unis n'ont pour l'heure commenté la frappe de Sébastopol.
L'attaque de missiles balistiques a fait quatre morts, dont deux enfants, selon un bilan revu à la baisse annoncé par le gouverneur installé par Moscou, Mikhaïl Razvojaïev.
Il avait initialement évoqué cinq décès.
Des vidéos, publiées par des médias russes, montrent des habitants sur une plage, fuyant lorsqu'ils entendent des explosions. L'AFP n'est pas en mesure d'en vérifier l'authenticité.
Sébastopol, grande ville portuaire, est souvent ciblée, notamment car elle abrite le quartier général de la flotte russe en mer Noire.
La Crimée constitue un nœud logistique important pour l'armée russe.
L'Ukraine, confrontée à l'offensive russe depuis deux ans, réplique régulièrement en attaquant des régions russes ou des zones occupées.
Ses troupes tentent notamment de détruire des bateaux de guerre russes, et y parviennent régulièrement.
En parallèle, des frappes russes ont fait un mort et dix blessés, dont deux adolescents, dimanche à Kharkiv, deuxième ville ukrainienne, selon le gouverneur régional Oleg Synegoubov.
La veille, d'autres attaques à l'aide de bombes aériennes guidées avaient déjà fait deux morts et une cinquantaine de blessés, d'après les autorités ukrainiennes.
Kharkiv, toute proche de la frontière russe, est très régulièrement bombardé. La Russie nie toujours viser des cibles civiles en Ukraine et assure n'attaquer que des structures liées à l'armée.
Cette décision faisait suite au lancement, début mai, d'une offensive terrestre surprise de la Russie dans la région de Kharkiv, où les combats restent violents.
Sur le sol russe, des attaques de drones ukrainiens ont fait un mort et trois blessés à Graïvoron, localité de la région russe frontalière de Belgorod, a indiqué dimanche le gouverneur Viatcheslav Gladkov.
La région de Belgorod est régulièrement la cible de frappes ukrainiennes, Kiev affirmant se défendre des attaques russes contre son propre territoire.