Cette rencontre est intervenue dans une atmosphère surchauffée et chaotique à l'extérieur de l'enceinte du sommet, ponctuée de heurts entre policiers et militants antimondialistes dans les rues de Hambourg en Allemagne.
L'entretien - qui a duré deux heures et 15 minutes - a porté sur l'Ukraine, la Syrie, la lutte antiterroriste et la cybersécurité, a précisé le président russe à l'issue de la rencontre, sans plus de détail.
Les deux délégations comptaient founir des informations sur les résultats de l'entretien plus tard dans la soirée.
"C'est un honneur d'être avec vous", avait déclaré Donald Trump au début de la rencontre en saluant son homologue d'une franche poignée de mains.
Le président américain avait dit espérer que leur discussion apporte "beaucoup d'éléments très positif pour la Russie, les Etats-Unis et tous ceux qui sont concernés".
"Je suis ravi de vous rencontrer et j'espère que (...) cette rencontre se soldera par un résultat positif", avait renchéri M. Poutine. "Nous avons parlé au téléphone, mais les conversations téléphoniques ne sont jamais suffisantes", avait souligné le maître du Kremlin.
Les deux dirigeants ont, avec leur rencontre, manqué une grande partie des discussions sur le climat, particulièrement délicates depuis que Donald Trump a décidé de faire sortir les Etats-Unis de l'Accord de Paris.
- Contentieux -
A son arrivée à la Maison Blanche, Donald Trump, volontiers élogieux à l'encontre de Vladimir Poutine, avait laissé entrevoir un rapprochement entre les deux pays. Ce serait "merveilleux", avait-t-il dit.
Mais l'ambiance s'est depuis vivement refroidie, sur fond de soupçons de collusion entre l'équipe de campagne de Donald Trump et le Kremlin, et de nouvelles sanctions américaines contre Moscou dans la crise ukrainienne.
Jeudi à Varsovie, Donald Trump avait critiqué ouvertement le rôle "déstabilisateur" de la Russie, accusée notamment par les Occidentaux de soutenir militairement les séparatistes prorusses en Ukraine.
Les autres motifs de crispation ne manquent pas non plus, de la guerre en Syrie aux soupçons de collusion avec la Russie dans lesquels est empêtré M. Trump.
Sur la Syrie, les Etats-Unis se sont dit prêts avant le sommet à "explorer la possibilité d'établir avec la Russie des mécanismes communs" de stabilisation de la Syrie, dont des zones d'exclusion aérienne.
Outre ce temps fort diplomatique, le G20 débat de sujets difficiles, comme le climat et le commerce, dans un centre de congrès transformé en camp retranché face à des militants anti-G20 déterminés à en découdre.
- "L'enfer" à Hambourg -
La chancelière Angela Merkel a qualifié d'"inacceptables" les manifestations violentes, qui "mettent des vies en péril".
Dans la journée, Melania Trump est restée bloquée dans sa résidence et les pneus des voitures de la délégation canadienne ont été crevés par les protestataires. Ces derniers ont promis "l'enfer" pendant le G20 et battent sans discontinuer le pavé depuis jeudi soir.
"La police de Hambourg n'a pas pu nous donner la permission de sortir" de la maison d'hôte du gouvernement local de Hambourg, splendide villa au bord de l'eau, a expliqué la porte-parole de l'épouse du président américain, Stephanie Grisham.
Des voitures de police ont été incendiées, environ 160 policiers légèrement blessés, et au moins 70 personnes interpellées, selon la police. Aucun bilan des blessés parmi les manifestants n'était disponible.
Devant la multiplication des incidents, les 20.000 policiers déjà déployés dans la ville ont dû demander du renfort.
Dans l'enceinte du sommet, où les Etats-Unis sont à contre-courant de leurs 19 partenaires sur le climat et le commerce, la tension était tout aussi palpable au fil des projets de communiqué final.
"Nous prenons note de la décision des Etats-Unis de se retirer de l'Accord de Paris" sur le climat, dit un texte que l'AFP s'est procuré, qui ajoute que les dirigeants des autres pays considèrent l'accord de lutte contre le réchauffement comme "irréversible".
Les Etats-Unis agitent en outre des menaces de taxes contre la Chine sur l'acier et contre l'Allemagne dans le secteur automobile.
Avec AFP