El campo está ubicado en Birkenau, a unos 3 km de Auschwitz I. La construcción se inició en 1941 como parte de la solucion final . El campo tenía una extensión de 2,5 km por 2 km y estaba dividido en varias secciones, cada una de ellas separada en campos. Los campos, al igual que el complejo entero, estaban cercados y rodeados de alambre de púas y cercas electrificadas (algunos prisioneros utilizaron las cercas electrificadas para suicidarse). El campo albergó hasta 100.000 prisioneros en un momento dado.
El objetivo principal del campo no era el mantener prisioneros como fuerza laboral (como era el caso de Auschwitz I y III), sino más bien el exterminio. Para cumplir con este objetivo, se equipó el campo con 4 crematorios con cámaras de gas. Cada cámara de gas podía recibir hasta 2.500 prisioneros por turno. El exterminio a gran escala comenzó en la primavera de 1942 como resultado de la aceleración de la Solución Final tratada en la Conferencia de Wannsee.
La mayoría de los prisioneros llegaba al campo en tren, con frecuencia después de un terrible viaje en vagones de carga que duraba varios días, durante el que no se les facilitaba comida ni agua. A partir de 1944 se extendió la vía del tren para que entrara directamente al campo. Algunas veces, al llegar el tren, los prisioneros eran pasados directamente a las cámaras de gas. En otras ocasiones, los nazis seleccionaban prisioneros, frecuentemente bajo la supervisión del SS Haupturmfuhrer Dr. Josef Mengele para ser enviados a campos de trabajo o para realizar experimentos. En general los niños, los ancianos y los enfermos eran enviados directamente a las cámaras de gas, las cuales eran coordinadas por el SS Hauptscharfuhrer Otto Moll.
Cuando un prisionero superaba la selección inicial, era enviado a pasar un período de cuarentera y luego se le asignaba una tarea o era enviado a alguno de los campos de trabajo anexos.
Aquellos que resultaban seleccionados para el exterminio eran trasladados a uno de los grandes complejos de camaras de gas/crematorio hacia los extremos del campo. Dos de los crematorios (Krema II y Krema III) tenían instalaciones subterráneas, una sala para desvestirse y una cámara de gas con capacidad para miles de personas. Para evitar el pánico, se les informaba a las víctimas que recibirían allí una ducha y un tratamiento desinfectante. La cámara de gas incluso tenía tuberías para duchas, si bien nunca fueron conectadas al servicio de agua. Se les ordenaba a las víctimas que se desnudaran y dejaran sus pertenencias en el vestidor, donde supuestamente las podrían recuperar al final del tratamiento, de manera que debían recordar el número de la ubicación de sus pertenencias. Una vez sellada la entrada, se descargaba el agente tóxico Zyklon B por las aperturas en el techo. Las cámaras de gas en los crematorios IV y V tenían instalaciones en la superficie y el Zyklon B se introducía por ventanas especiales en las paredes. Una vez arrojado el Zyklon B se esperaba unos 25 minutos y se observaba en una mirilla la ausencia de actividad, se procedía a evacuar y ventilar el recinto y se retiraban los cuerpos a un sector para una revisión final. En esta revisión se les extraían los dientes postizos de oro, anillos, pendientes u otros objetos y se revisaban los orificios corporales en busca de joyas. Una vez revisados, los cuerpos eran llevados a una sala de hornos o crematorios anexa por prisioneros seleccionados, llamados Sonderkommandos, donde eran quemados. Una chimenea alta expulsaba los gases hacia la atmósfera.
Los alemanes ocuparon Hungría en marzo de 1944; entre mayo y julio de 1944, cerca de 438.000 judíos de Hungría fueron deportados hacia Auschwitz-Birkenau y la mayoría fueron ejecutados allí. Había días en que los hornos no daban abasto y se tenía que quemar los cuerpos en hogueras al aire libre.
Familias enteras de gitanos fueron encerradas en una sección especial del campo. Pasaron por las cámaras de gas en julio de 1944, y el 10 de octubre de ese año se procedió a la exterminación de los niños gitanos restantes en Birkenau.
El 7 de octubre de 1944, los Sonderkommandos judíos (los prisioneros mantenidos separados del resto y que trabajaban en las cámaras de gas y hornos crematorios) organizaron un levantamiento. Las prisioneras habían logrado extraer explosivos de una fábrica de armas y los utilizaron para destruir parcialmente el crematorio IV y tratar de escapar en la confusión. Los 250 prisioneros fueron capturados e inmediatamente ejecutados. Por otra parte, todos los miembros de los Sonderkommandos eran ejecutados periódicamente y sustituidos por otros nuevos.
Las cámaras de gas de Birkenau fueron destruidas por las SS el 24 de noviembre de 1944 en un intento por esconder las actividades del campo a las tropas soviéticas.
