John Key sade att vägtullen förväntades stiga ytterligare och tillade: "Vi kan bevittna Nya Zeelands mörkaste dag."
Skakningarna orsakade omfattande skador då de inträffade på ett grunt djup av 5 kilometer under lunchtid när Christchurch var som mest upptagen.
Borgmästaren i Nya Zeelands näst största stad säger att 120 människor har räddats från ruinerna.
Landets dödligaste naturkatastrof på 80 år drabbade 1251 (2351 GMT på måndagen), 10 km sydöst om staden.
Skadan sägs vara mycket värre än efter skalvet 7.1-magnitud den 4 september, som gjorde två personer allvarligt skadade men inga dödsfall.
Jordbävning i Christchurch: Ögonvittnesskildringar
Epicentrum för denna jordbävning, som inträffade mitt i natten, var längre bort från staden och djupare under jord, men det orsakade fortfarande uppskattningsvis 3 miljarder dollar (1,9 miljarder pund) i skada.
TV - bilder av efterverkningarna av tisdagens katastrof visade ett stort antal kollapsade byggnader i Sydön med närmare 400.000 invånare.
Chockade överlevande kunde ses vandra på grusgator, som sprack upp när marken under var flytande av skakningar.
Polisen sade att de döda inbegrep människor på två bussar som krossades av fallande byggnader.
Helikoptrar plockade överlevande i säkerhet från tak och dumpade vatten vid bränder.
Tjänstemän sade att upp till 30 personer var rädda fortfarande fångade inne i den rasade Pyne Gould Guinness byggnaden, där skrik har hörts från ruinerna.
Anne Voss, som satt fast under sitt skrivbord inne i byggnaden, sade till Australia's Channel Seven med mobiltelefon: " Jag hoppas att de snart kommer att få ut mig, eftersom jag har varit här så länge. Och det är mörkt. Och det är hemskt."
Hon frågade om hon var skadad och sade: " Jag vet att jag blöder och jag känner att marken är ganska våt. Jag tror det är blod."
Ett dussin besökande japanska studenter är bland de rapporterade saknade.
Åskådarna har använt bara händerna för att försöka befria överlevande som fångats under spillror.
Många skadade människor bars ut på bloddränkta bårar eller i armarna på chockade arbetskamrater och främlingar.
Somliga flydde på rep som sänktes från kontorstorn. Andra lyckades krypa ut ur spillrorna.
Från Jonathan AmosScience korrespondent, BBC News
Av naturen tenderar jordbävningar att samlas i rum och tid.
Och tisdagens skakningar i Christchurch är nästan säkert relaterade till den mycket mer energiska händelsen som drabbade regionen i september förra året.
Den kritiska skillnaden vid detta tillfälle är marken bröt nästan direkt under landets andra stad, och på grunt djup, 5 km (3 miles) under ytan.
Kontrastera detta med september magnitud 7 jordbävning: dess epicentrum inträffade ca 40 km väster om staden och på ett djup av 10 km, och det fortsatte att brista främst bort från de större bebyggda områden.
Nya Zeeland ligger på den ökända ringen av eld, raden av täta skalv och vulkanutbrott som cirklar praktiskt taget hela Stillahavskanten.
Landet korsar gränsen mellan två tektoniska plattor: Stilla havet och Indo-Australiska plattor.
På South Island, platsen för den senaste jordbävningen, plattorna gnuggas över varandra horisontellt.
Djup- och lägesnyckel
Skakningarna sände spiran av Christchurch Cathedral, ett landmärke i centrum av staden, störtande in på torget nedanför.
John Gurr, kameratekniker, berättade för Reuters nyhetsbyrå att området utanför katedralen var "som en krigszon".
Kraft- och telefonledningar har slagits ut, medan sprängledningar har översvämmat gator med vatten.
Lytteltons och New Brightons förorter sägs vara "olivliga".
Drottning Elizabeth II sa i ett uttalande att hon hade blivit "helt chockad" av nyheterna.
"Mina tankar är med alla dem som har påverkats av denna fruktansvärda händelse", sade uttalandet.
Skalvet orsakade att omkring 30 miljoner ton is klippte bort från Nya Zeelands största glaciär.
Vittnena säger att massiva isberg bildades när Tasman Glacier i Aoraki/Mount Cook National Park bröts och kastade en närliggande sjö med enorma vågor.
Tillbaka i Christchurch sattes skyddsrum upp i stadens Hagley Park, en tävlingsbana och skolor när natten närmade sig.
Borgmästare Bob Parker sa till BBC: "Det här är en hemsk avgift på vår stad."
"Det finns ingen kraft i större delen av staden; det finns inget vatten i större delen av staden", tillade han.
Pm John Key sade: "Det är bara en scen av total förödelse. Vi måste arbeta så snabbt vi kan för att få ut människor ur miljöer där de är fångade.
"Detta är en gemenskap som är helt i vånda. Vi behöver bara denna gemenskap, som den har gjort tidigare och som den kommer att göra igen, att komma samman, att kontrollera och stödja varandra, "tillade han.
Militären har satts in för att hjälpa räddningsinsatsen, och regeringen har accepterat ett erbjudande om specialisthjälp från Australien.
En rad efterskalv, en del så stora som magnitud 5, har redan skramlat den drabbade staden, och tjänstemän varnade invånarna för att vara redo för mer.
En Christchurch bosatt, Jaydn Katene, sade till Nya Zeeland Herald: "Vi har haft vänner i staden ringa oss och säga att det bara ligger kroppar runt, massor av döda kroppar utanför butiker bara ligger där bara täckt i tegelstenar."
En brittisk backpacker sa att staden såg ut som en bomb hade träffat den.
Nya Zeeland upplever mer än 14 000 jordbävningar per år, av vilka bara omkring 20 har en magnitud som överstiger 5,0.
Den sista jordbävningen med dödlig utgång var 1968, då ett skalvet av 7.1-magnitud dödade tre människor på Sydöns västra kust.
Tisdagen var landets värsta naturkatastrof sedan en jordbävning 1931 i staden Napier i Nordön dödade 256 människor.
Nya Zeelands premiärminister säger att minst 65 personer har dött efter en jordbävning med 6,3 magnituder drabbade Christchurch.