23-åringen greps i augusti 2012 ombord på ett tåg, där han hade det ena offrets huvud i en väska.
Det andra mordoffret var 23-åringens egen fru.
Han fick sin dödsdom i lägre instans i juni, då han fälldes för mord, brott mot griftefrid och stöld.
Vitryssland är det enda landet i Europa som har kvar dödsstraffet. Det verkställs genom nackskott.