Explosionen inträffade i ett område som vanligtvis är fullt med människor nära kvinnornas ingång till Data Darbar, en av södra Asiens största muslimska helgedomar.
- Polisen var huvudmålet i den här attacken. Vi samlar teknisk bevisning för att fastställa vad som ligger bakom explosionen, säger Ashfaq Khan, som är ansvarig för polisutredningen.
Minst tio människor dog i attacken och 24 skadades, uppger polisen, enligt Reuters. För sju av de skadade är tillståndet kritiskt, enligt räddningstjänsten i Pakistan.
Nyhetsbyrån AFP rapporterar också att flera av de döda är poliser.
Muhammad Kashif, en lokal polischef, bedömer att det kan röra sig om en självmordsattack riktad mot säkerhetstjänstens fordon.
- Vi försöker få mer information från platsen, säger Muhammad Kashif.
En fraktion inom den pakistanska talibanrörelsen meddelar i ett uttalande att man ligger bakom dådet. Enligt uttalandet var attacken riktad mot en tidpunkt när det fanns få civila på plats.
Data Darbar-moskén är ett sufiskt tempel. Sufismen är en gren av islam som samlar tusentals pakistanier och sufier i Pakistan har upprepade gånger utsatts för attacker.
2010 dödades över 40 människor i en självmordsattack vid moskén.
Extremistattacker har minskat kraftigt i Pakistan på senare tid och Lahore har varit skonat från attacker de senaste två åren.
Myndigheter varnade dock människor inför sammankomster under den muslimska högtiden ramadan, som nyligen inletts.
- Folk bör vara uppmärksamma på sin omgivning när de går för att be, säger Mian Aslam, minister i provinsen Punjab, där Lahore ligger.