O ataque foi provocado com a detonação de três bombas: um dispositivo montado numa mochila levada por um terrorista suicida e um grande carro-bomba que foram detonados junto a populares centros noturnos em Kuta; e um terceiro dispositivo menor que foi detonado fora do consulado dos Estados Unidos da América em Denpasar e que apenas causou danos menores.

Vários membros do Jemaah Islamiya, um grupo terrorista islâmico, foram sentenciados pela participação no acto terrorista, incluindo três indivíduos que foram condenados à pena de morte. Abu Bakar Bashir, o suposto líder espiritual do Jemaah Islamiyah, foi julgado e considerado culpado, sentenciado a dois anos e meio de prisão. Riduan Isamuddin, geralmente conhecido como Hambali e suposto ex-líder operacional do Jemaah Islamiyah, está sob custódia dos Estados Unidos em lugar não revelado, e não foi ainda formalmente acusado. Em 9 de novembro de 2008, Iman Samudra, Amrozi Nurhasyim e Ali Ghufron foram executados por fuzilamento numa prisão da ilha de Nusa Kambangan. Mais tarde, o então presidente, Abdurrahman Wahid e o ex-terrorista Umar Abdu assumiram que aquele atentado foi uma Operação de bandeira falsa organizado pelo exército e o serviço de inteligência.