Biträdande försvarsminister Anatolij Antonov sade Turkiet var den största köparen av "stolen" olja från Syrien och Irak.
Erdogan sade att Ryssland inte hade någon rätt att "förtala" Turkiet med sådana påståenden.
Ryssland och Turkiet har varit inlåsta i en ilsken tvist sedan Turkiet sköt ner ett ryskt jetplan förra månaden.
Rysslands president Vladimir Putin har redan anklagat Ankara för att störta planet vid dess syriska gräns för att skydda oljeledningarna.
"Enligt tillgänglig information, den högsta nivån av det politiska ledarskapet i landet, President Erdogan och hans familj, är involverade i denna kriminella verksamhet," Mr Antonov berättade journalister i Moskva.
"Den turkiska ledningen har visat extrem cynism. Se vad de gör!" sade han.
"De har invaderat ett annat lands territorium och plundrar det fräckt."
Försvarsministeriet citerade satellitbilder som det sade visade oljetankfartyg som reser från IS-hållet territorium till Turkiet.
Det sades att lastbilarna reste till tre platser - inklusive raffinaderier - i Turkiet och några flyttades sedan vidare till ett tredjeland.
Ryssland sade att det endast producerade "en del av bevisen" för tillfället och inte gav några direkta bevis för deras påstående att Erdogan och familjen var inblandade.
Amerikanska tjänstemän har tidigare sagt att de har information som tyder på att turkiska "medelmåttiga" var inblandade i den olagliga IS-oljehandeln.
De turkiska myndigheterna har åtagit sig att bekämpa smuggling på sitt territorium.
Trots spänningarna har den ryske utrikesministern Sergei Lavrov sagt att han är beredd att träffa den turkiska motsvarigheten Mevlut Cavusoglu vid en konferens i den serbiska huvudstaden Belgrad denna vecka.
Lavrov sade att han var villig att "höra vad Cavusoglu har att säga", i kommentarer som sändes på Rossiya 24 nyhetskanal.
Det skulle vara första gången männen har träffats sedan nedfallet av planet.
Turkiet sade att det ryska SU-24 stridsflygplanet trängde in i sitt luftrum och ignorerade upprepade varningar om att lämna.
De båda sidorna har viktiga ekonomiska band, och i kölvattnet av incidenten införde Moskva visumkrav för turkiska besökare och begränsade handeln med Ankara.
Rysslands försvarsministerium har anklagat den turkiske presidenten Recep Tayyip Erdogans familj för att vara direkt involverad i oljehandeln med den islamiska statsgruppen.