Janukovych flög från Kina till Sotji i södra Ryssland för mötet. Han ställde också in ett besök på Malta.
Förra månaden lade han ned ett partnerskapsavtal med EU och utlöste ilskna protester i Ukrainas huvudstad Kiev.
Den fängslade oppositionspolitikern Yulia Tymosjenko har enligt uppgift avbrutit en hungerstrejk i fängelset.
Den förre premiärministerns dotter, Eugenia, sade att hennes mor hade accepterat en begäran från demonstranter i Kiev om att stoppa fastan.
Hon hade enligt uppgift inlett hungerstrejken den 25 november i protest mot Janukovychs underlåtenhet att underteckna EU-avtalet.
Tusentals anti-Yanukovych demonstranter kvar utanför regeringen byggnad på Kievs självständighetstorget, trotsande bitter kyla.
De är rasande över att han gjorde en elfte timmes U-sväng i förbindelserna med EU och vägrade att underteckna det associeringsavtal som hade förberetts under flera års förhandlingar.
I Sotji diskuterade Janukovych "förberedelse av ett framtida avtal om strategiskt partnerskap" med Ryssland, sade hans presstjänst.
Samtalen omfattade olika ekonomiska frågor, sades det i uttalandet, utan att utvecklas.
Vladimir Putin har uppmanat Ukraina att ansluta sig till Rysslands tullunion med Vitryssland och Kazakstan - en union vars inträdesvillkor är mycket mindre krävande än EU:s.
Under de senaste månaderna har Ryssland satt Ukraina under ekonomiskt tryck genom att införa långa tullförseningar vid gränsen och förbjuda import av ukrainska sötsaker.
Arseniy Yatsenyuk, en tymosjenko allierad och ledare för den största oppositionsfraktionen i parlamentet, fördömde samtalen i Sotji.
"Deras försök att sälja Ukraina till Ryssland har inte slutat på något sätt", sade han.  "Om Yanukovych försöker underteckna något med Ryssland om tullunionen kommer det att leda till en större våg av protester."
Ukrainas president Viktor Janukovitj och hans ryska motsvarighet Vladimir Putin har hållit överraskande samtal om ett "strategiskt partnerskapsavtal".