Den libyske kystvakten opplyser å ha reddet rundt 125 mennesker etter forliset, med hjelp fra lokale fiskere.
Båten kantret i nærheten av den libyske kystbyen Komas, øst for hovedstaden Tripoli.
Ifølge FNs høykommissær for flyktninger (UNHCR) er rundt 150 mennesker savnet og fryktes omkommet. Det er ikke kjent hvilke land de opprinnelig kom fra.
– I dag har vi sett nok en tragedie i Middelhavet. Ifølge overlevende anslås det at 150 mennesker har omkommet, noe som gjør dette til det største forliset i Middelhavet hittil i år. Denne grusomme hendelsen viser nok en gang behovet for en ny tilnærming for å hindre at disse menneskene setter seg i båter, sier UNHCR-talsmann Charlie Yaxley.
Libya har blitt et transittland for flyktninger og migranter som forsøker å ta seg til Europa. Landet har vært preget av kaos og anarki siden opprørere med luftstøtte fra Norge og andre NATO-land i 2011 styrtet Muammar Gaddafis regime.
Europeiske land har bevilget store beløp til den libyske kystvakten og militsgrupper for å bremse strømmen av mennesker over Middelhavet
Tusenvis holdes samtidig innesperret i leirer under det FN og hjelpeorganisasjoner betegner som umenneskelige forhold.