El aparato, un Boeing 777-200, salió de Kuala Lumpur anoche y tenía prevista su llegada a Pekín esta mañana.
Sin embargo una hora después de despegar, según informó la compañía.
La última posición conocida de la aeronave apunta a que esta se encontraba 150 km al norte de la costa este de Malasia, añadió.
Si el avión se estrelló, sería el accidente más grave de un Boeing 777, que registró un solo accidente mortal en 19 años de historia, en el aeropuerto de San Francisco en julio de 2013, donde murieron tres personas.
"Nuestra prioridad ahora es trabajar con los equipos de rescate y las autoridades", dijo en rueda de prensa el consejero delegado de Malaysia Airlines, Ahmad Jauhari Yahya.
El directivo precisó que entre los pasajeros hay 12 niños pequeños.
En cuanto a nacionalidades, hay al menos 153 chinos, 38 malasios, 7 indonesios, 6 australianos, 4 franceses y tres estadounidenses.
"Estamos muy preocupados por estas informaciones", declaró el ministro chino de Relaciones Exteriores, Wang Yi, en un comunicado.
Desde Roma, la familia de un italiano, Luigi Maraldi, 37 años, señalado como pasajero del avión, desmintió su presencia en el aparato.
Maraldi, actualmente en Tailandia, llamó a su familia para decirle que no estaba en el avión y que días pasados en Malasia la habían robado el pasaporte.
El ministerio austríaco de Relaciones Exteriores informó también que un ciudadano austríaco tampoco viajaba en el avión, como se había comunicado, sino que se encontraba en buen estado en Austria.
Alguien se registró en el vuelo con su pasaporte robado en 2012 en Tailandia, añadió.
En el aeropuerto internacional de Kuala Lumpur, los familiares de los pasajeros esperaban noticias angustiados.
Hamid Ramlan, un policía de la capital malasia, dijo que en el vuelo iban su hija de 34 años y su yerno de 24, para pasar vacaciones en Pekín.
"Mi mujer no para de llorar. Todo el mundo está triste. Mi casa se ha convertido en un lugar de duelo", dijo.
En Pekín, los familiares de los pasajeros estaban también muy angustiados.
"Son unos inútiles. No sé por qué no han sacado aún ninguna información", dijo un joven refiriéndose a la aerolínea.
La compañía Malaysia Airlines (MAS) ha tenido pocos accidentes. El más grave fue en 1977, cuando un avión suyo se cayó en el sur de Malasia y murieron los 93 pasajeros y los siete miembros de la tripulación.
Un nuevo accidente sería una pésima noticia para la compañía, que lleva años perdiendo dinero, ante la competencia de empresas de bajo coste como AirAsia.