Enligt Trudeau utreder Kanada "trovärdiga" uppgifter om att indiska agenter haft en roll när Hardeep Singh Nijjar sköts till döds i juni utanför ett sikhiskt tempel stadsdelen Surrey i Vancouver. Den sikhiska ledaren levde sedan en tid i exil i landet.
– Om någon utländsk regering skulle vara inblandad i mordet på en kanadensisk medborgare på kanadensisk mark är det en oacceptabel kränkning av vår suveränitet, säger Trudeau.
Trudeau uppmanar den indiska regeringen att samarbeta i utredningen för att klara upp mordet.
I samband med de nya uppgifterna meddelar Kanada att man utvisar en indisk diplomat ur landet. Landet bröt nyligen också förhandlingarna om ett frihandelsavtal med Indien.
Hardeep Singh Nijjar var en framstående röst inom sikhismen i Kanada. Han var även en förespråkare av ett självständigt Khalistan, sikhernas namn på ett "rent" Punjab, styrt enligt sikhernas religiösa lagar.
Indien har anklagat Nijjar för att ha utfört terroristattacker i Indien, något som han själv förnekat.