Syriens statslige tv siger ifølge Reuters, at Islamisk Stat har dræbt 400 civile i Palmyra - først og fremmest kvinder og børn.
Oppositionsaktivister har på sociale medier også meldt om hundredvis af dræbte, der ligger i byens gader.
Palmyra, der på arabisk er kendt som Tadmur, er hjemsted for verdensberømte velbevarede ruiner fra romertiden.
Syriens statslige tv melder også, at 300 oprørere er blevet dræbt ved luftangreb, som skulle bryde en belejring af et hospital i den nordvestlige del af landet.
Hospitalet blev tidligere meldt under islamistiske oprøreres kontrol, og der har været rapporter om, at regeringssoldater, der var indlagt på stedet, var på flugt.
FN's Sikkerhedsråd udtrykte lørdag dyb bekymring over Islamisk Stats indtog i Palmyra, hvorfra mange er flygtet.
- De 15 medlemmer af Sikkerhedsrådet forlanger, at alt skal gøres for, at de mange tusinde civile i området kan komme i sikkerhed.
Unesco, der har Palmyra på sin liste over uerstattelig verdensarv, er også stærkt bekymret over udviklingen. Islamisk Stat smadrer kulturarv og historiske bygninger overalt, hvor bevægelsen vinder terræn.
Islamistiske oprørere fra blandt andet Nusra Fronten, der har bånd til al-Qaeda, siger, at de fredag erobrede et hospital i den nordvestlige Idlib provins fra Syriens regeringshær, hvilket fik mange af de 150 indlagte soldater til at flygte.
Nusra Fronten siger, at regeringsstyrker flygtede fra hospitalet, der ligger uden for byen Jisr al-Shughour i Idlib.
- Nusra Fronten har sammen med andre grupper fuldstændigt overtaget kontrollen med Jisr al-Shughour hospitalet," sagde Rami Abdel Rahman, som leder overvågningsgruppen Syriens Observatorium for Menneskerettigheder.
Tidligere på måneden lovede den syriske præsident, Bashar al-Assad, at befri de omringede regeringssoldater i området. Præsidenten sagde, at hans hær "snart vil ankomme og befri de helte, som er omringet på Jisr al-Shughour hospitalet."
/ritzau/Reuters