Mandatet för den gemensamma utredningen som drivs av FN och Organisationen för förbud mot kemiska vapen (OPCW) går ut vid midnatt.
Ryssland hade tagit fram ett konkurrerande utkast till resolution, men det fick inte tillräckligt med röster från säkerhetsrådet, enligt flera medier.
OPCW har kommit fram till att den syriska regeringen använde nervgiftet sarin i attacken som krävde över 80 liv, varav många var barn, i Khan Sheikhun. Damaskus nekar dock till anklagelserna. Och Ryssland, som kritiserat rapporten, har hävdat att syriska flygplan bombade en byggnad där rebeller förvarade kemvapen.
Utrikesminister Margot Wallström (S) skriver i ett uttalande att hon beklagar att säkerhetsrådet inte lyckats enas om mandatförlängningen.
"Sverige har fullt förtroende för mekanismens professionalism och integritet. Det är fortsatt en omistlig mekanism för att kunna utkräva ansvar av dem som ligger bakom attacker med kemiska vapen i Syrien. Sveriges ansträngningar för en förlängning av JIM:s (Joint Investigative Mechanism) mandat fortsätter", skriver hon.
Fakta: Saringas
Sarin är en lättflyktig nervgas med den kemiska beteckningen isopropylmetylfluorofosfonat. Gasen utvecklades av Tyskland under andra världskriget men togs då aldrig i bruk.
Namnet sarin kommer av upptäckarna Schrader, Ambros, Rüdiger och van der Linde.
Gasen är extremt giftig. Den drabbar nervsystemet genom att överstimulera muskler och vitala organ. Följden blir kramper, andnöd och kvävning. En enda droppe sarin kan döda en människa om inte motmedel snabbt sätts in.