General Mohammad Ali al-Haddad och fyra andra personer ska ha varit ombord på planet när kontakten bröts vid 18.52, svensk tid, kort efter att det lyft från Ankaraflygplatsen Esenboga.
Arméchefen hade varit på besök i Turkiet för möten med turkiska representanter.
Trafiken till och från flygplatsen har stoppats, rapporterar den turkiska tv-kanalen NTV.
Bekräftar att planet störtat
Turkiska myndigheter bekräftar senare att planet med Libyens arméchef har kraschat och att man har hittat vraket nära Ankara, rapporterar AP.
Enligt Libyens premiärminister Abdul-Hamid Dbeibah har arméchefen al-Haddad och de andra fyra på planet dött i kraschen, rapporterar Reuters.
Dbeibah säger han att han sörjer al-Haddads död.
Det är fortfarande oklart vad som orsakade kraschen. Men enligt libyska tjänstemän kan ett tekniskt fel på planet ha orsakat olyckan, skriver AP.
Texten uppdateras.