Pappan, som är affärsman och politiker, blev beskjuten när han körde sin bil. Kulorna träffade dock sonen som färdades i bilen med honom.
Barnet avled av skottskadorna i ambulansen på väg till sjukhuset, säger polisen.
Pappan skadades inte i skjutningen.
Polisen har gripit flera personer misstänkta för dådet.
Mannen som var måltavla är en politiker som representerar ex-presidenten Petro Porosjenkos parti och han blev beskjuten utanför en restaurang han äger i Kiev, rapporterar ukrainska medier.