Maulama Akonjee, 55 ans, et son assistant Thara Uddin, 64 ans, ont été touchés à la tête peu avant 14h00 heure locale (18h00 GMT) dans le quartier populaire d'Ozone Park, dans l'arrondissement du Queens.
Ils ont été transportés à l'hôpital Jamaica, où le décès de l'imam Akonjee a été constaté et où l'autre homme, Thara Uddin, a succombé à ses blessures, a indiqué un porte-parole de la police à l'AFP.
La police a fait savoir qu'elle ignorait à ce stade les motivations du tireur.
"Rien n'indique dans l'enquête préliminaire qu'ils (les victimes) aient été ciblés en raison de leur foi", a dit la police à des journalistes.
Un homme soupçonné d'être l'auteur des coups de feu, et actuellement en fuite, s'est approché des deux victimes par derrière. Des témoins ont vu le suspect s'éloigner du lieu avec une arme de poing après les tirs, d'après la police.
Selon des médias américains, les deux hommes ont été tués en sortant de la mosquée Al-Furqan Jame Masjid après la prière, en tenue religieuse.
"Quand un responsable religieux est tué en plein jour dans les rues du Queens, nous devons rester une communauté unie et demander justice!" a tweeté le représentant du quartier au sein du conseil municipal de la ville, Eric Ulrich.
Selon des images diffusées sur Twitter, des dizaines de personnes se sont rassemblées samedi soir près de la scène du crime, criant "Nous voulons que justice soit faite".
"Imaginez que votre père soit abattu sans raison (...) Quand on garde le silence, on permet à ces crimes de continuer", a déclaré Afaf Nasher, directrice de la principale association américaine de défense des musulmans CAIR (Council on American-Islamic Relations) pour la région de New York.
Une importante communauté musulmane, principalement originaire du Bangladesh, vit à Ozone Park.
Avec AFP