Żydzi ginęli w Auschwitz-Birkenau w komorach gazowych; ale w komorach zginęła również część Polaków osadzonych w obozie. W latach 1942-1943 mordowano ich w przypadku długotrwałej choroby lub kalectwa. Niektóre grupy Polaków przywieziono do obozu wprost na zagładę. Znamy tylko przykłady: ponad pół tysiąca pacjentów szpitala psychiatrycznego w Kobierzynie, ludzie starzy z przytułków. W komorach zginęło około 5500 Cyganów, co najmniej 3000 radzieckich jeńców wojennych. Pierwszego masowego gazowania dokonano na początku września 1941 r.
Nie było po wojnie jednomyślności co do ostatecznej liczby ofiar. Ekspertyza Natana Blumentala określała liczbę samych Żydów, którzy stanowili przeważającą część ofiar - na 1,3 do 1,5 miliona, natomiast Główna Komisja Badania Zbrodni Niemieckich w Polsce określała ogólną liczbę ofiar (podobnie jak wcześniej komisja radziecka) - na "nie mniej aniżeli 4 miliony".
W wyniku prowadzonych w różnych krajach Europy wieloletnich badań nad stratami biologicznymi w czasie drugiej wojny światowej dotarto m.in. do imiennych list transportowych Żydów deportowanych z tych krajów do KL Auschwitz. Na tej podstawie w 1983 r. francuski badacz, były więzień tego obozu, Georges Wellers określił liczbę minimalną zamordowanych na około 1,5 miliona. Liczba ta, zbliżona do ustaleń innych badaczy, została w latach dziewięćdziesiątych umieszczona na pomniku w Brzezince.
Skąd wiemy o funkcjonowaniu komór gazowych i krematoriów? Z zeznań naocznych świadków i ze znalezionej w obozie dokumentacji, której władze obozowe nie zdążyły zniszczyć. Komisje śledcze dysponowały m.in. znaczną liczbą akt wytworzonych przez kierownictwo budowy obozu i instytucje z nim kooperujące, których Rosjanie nie wywieźli po zakończeniu prac śledczych prowadzonych tuż po wyzwoleniu obozu.