ב-1944 כבר היו בידי בעלות הברית ידיעות ברורות למדי על הנעשה במחנה; ידיעות אלה הוברחו מתוך המחנה על ידי המחתרת, וכן הגיעו באמצעות בורחים שונים. אחד מן הדו"חות החשובים היה זה שהובא על ידי רודולף ורבה ואלפרד וצלר שנמלטו מן המחנה ב-7 באפריל 1944. באביב 1944 כבר היה בידי מקבלי ההחלטות במערב מידע מדויק למדי על הנעשה במחנה, אך המידע עוכב בידי גורמים שונים, והגיע מאוחר מדי לידיעת הציבור הרחב.
כאמור, באביב 1944 הייתה לממשלות בעלות הברית ידיעה ברורה על הנעשה באושוויץ. הסוכנות היהודית דרשה להפציץ את המחנות כדי לעצור את פעילות ההשמדה. ראש ממשלת בריטניה, וינסטון צ'רצ'יל, ושר החוץ אנתוני אידן תמכו בהצעה זו; צ'רצ'יל כתב לאידן: "הוצא מחיל האוויר כמה שתוכל ובשעת הצורך השתמש בשמי". בידי בעלות הברית היו צילומי אוויר מפורטים של כל המחנות החל ב-31 במאי 1944; מפציצי בעלות הברית היו בטווח מתאים להפצצת המחנות, מבסיסים באיטליה וגם בבריטניה. ב-13 בספטמבר 1944 אף תקפו מפציצים אמריקאים את מפעל בונה ורקה של אושוויץ III, והרסו אותו חלקית, מעשה שנחשב למביא תועלת. ואולם, למרות תמיכתם של ראשי המדינות, מנעו פקידי מחלקת ההגנה של ארצות הברית ופקידי משרדי האווירייה והחוץ בבריטניה את ביצוע ההפצצות, בנימוק שהדבר מסיט כוחות אוויריים ממשימתם הראשית. בסופו של דבר לא עשו בעלות הברית שום מעשה כדי לעצור את ההשמדה באושוויץ או אף להאט אותה. אחד הנימוקים לכך היה גם הרצון לא לפגוע באסירים הנמצאים במחנה. התפיסה הרווחת הייתה כי הדרך הטובה ביותר לעזור ליהודים באירופה היא להגיע לניצחון מהיר ככל הניתן של בעלות הברית במלחמה.
פינוי המחנה וכניסת הצבא האדום.
לאחר מרד הזונדרקומנדו נעצרה למעשה ההשמדה בתאי הגזים. הימלר, שחשש שהצבא האדום יכבוש את אושוויץ בבת אחת בלא שתהיה בידי הגרמנים שהות לטשטש ולהעלים את הראיות למעשיהם (כפי שאירע במיידנק), הורה להפסיק את ההשמדה, וזו הסתיימה באופן רשמי ב-3 בנובמבר 1944. שיקול נוסף לפעולתו של הימלר היה המשא ומתן החשאי שבו החל עם בעלות הברית באותה עת. הימלר הורה על פירוק הציוד בתאי הגזים ובמשרפות והעברתו למחנה גרוס-רוזן, ועל פיצוץ המבנים. יחידות זונדרקומנדו שהוקמו לצורך כך עסקו בטשטוש העקבות לבורות השרפה, וכמויות עצומות של רכוש נשלחו לגרמניה. שאר הרכוש, שלא ניתן היה לפנות, הושמד. כ-70,000 מאסירי המחנה נשלחו למחנות בתוך גרמניה, וחלק גדול מתיעוד המחנה נשרף; אך עם זאת, בבהלה ובחוסר הארגון ששררו במחנה באותם ימים הצליחו אסירים פולניים לשמור מסמכים רבים.
באמצע ינואר החל הצבא האדום במתקפה רחבת היקף בדרום פולין, מתקפת ויסלה-אודר. ב-18 בינואר 1945 החל סגל המחנה להתפנות, באורח לא מסודר וחפוז. 58,000 האסירים שנותרו במחנה הוצעדו בצעדה כפויה אל תוך גרמניה. צעדה זו נודעה בשם "צעדת המוות"; כ-15,000 איש מתו במהלכה. האסירים צעדו אל מחנות ריכוז בשטחים הגרמניים שטרם נכבשו, ובהם מאוטהאוזן, פלוסנבירג ובוכנוואלד. אסירים שהיו חלשים או חולים מכדי לצעוד הושארו מאחור במחנה.
ב-27 בינואר 1945 הגיע הצבא האדום אל המחנה, ושחרר כ-7,500 אסירים שנותרו בו. מפקד היחידה ששיחררה את המחנה היה מיור (רב-סרן) בצבא האדום, יהודי בשם אנטולי שפירו. אחד מחיילי הצבא האדום ששחררו את המחנה היה האמן זינובי טולקצ'וב והוא תיעד בציוריו את מראות המחנה ואסיריו עם השחרור.
אומדני הקורבנות והאסירים.
עם נסיגתם מאושוויץ השמידו הנאצים מסמכים רבים, כדי לטשטש את העדויות על ההשמדה הנרחבת שהתחוללה במקום. הצבא האדום, ששחרר את המחנה, מצא בו מסמכים ובהם עדות ל-100,000 נספים בלבד. כדי ליישב את הפער בין מספר זה לבין העדויות הרבות של בורחי המחנה ושל הניצולים על מיליוני קורבנות, הקימה ברית המועצות ועדה מיוחדת שתעריך את מספר הנספים. ועדה זו הגיעה למספר ארבעה מיליון, שהוא לדעתה מספר הנספים באושוויץ. מסקנותיה של הוועדה התבססו על הספק השרפה של הכבשנים השונים, אך הניחה בטעות שהכבשנים פעלו באורח רצוף, וללא הפסקות, הנחה שהיום ידוע שאינה נכונה.
המספר ארבעה מיליון אומץ על ידי ממשלת פולין הקומוניסטית. במקביל, ניסו חוקרים רבים במערב לקבוע את מספר הנספים. ורבה ווצלר הגיעו למסקנה שהמספר הוא 1,765,000; יז'י טבו, אסיר פולני שנמלט גם הוא מן המחנה, הניח שהמספר היה מיליון וחצי; ג'ורג' ולרס, אסיר אושוויץ בעצמו, העריך שנשלחו לאושוויץ 1,613,455 איש, מתוכם 1,433,405 יהודים, ומתוכם הושמדו 1,471,595 איש, בהם 1,352,980 יהודים. אנשי הזונדרקומנדו ששרדו את המחנה העריכו את מספר הנרצחים בין 2.8 עד 4.5 מיליון. עדות זו של הזונדרקומנדו תואמת גם את עדותו של מפקד המחנה עצמו, רודולף הס, אשר במסגרת עדותו במשפטי נירנברג העריך כי מספר האנשים שהומתו והושמדו (בעדות עצמה הוא משתמש במילים: "executed and exterminated") בגז ובשרפה היה לפחות 2,500,000, מספר האסירים שנספו ברעב ובמגפות היה לפחות 500,000 נוספים, ובסך הכול לפי הערכתו מתו במחנה בערך 3,000,000 בני אדם בתקופה שבה פיקד עליו.
בניגוד להערכות אלו, הערכה מקובלת במחקר היא שבסך הכול נשלחו לאושוויץ מכל רחבי אירופה כ-1,100,000 יהודים: מהונגריה 438,000 יהודים, מפולין - 300,000, מצרפת - 69,000, מהולנד - 60,000, מיוון - 55,000, מבוהמיה ומורביה - 46,000, מסלובקיה - 27,000, מבלגיה - 25,000, מיוגוסלביה - 10,000, מאיטליה - 7,500, מנורווגיה - 690, וממקומות אחרים (ובכלל זה מחנות ריכוז) - 34,000 איש. סה"כ גורשו לאושוויץ על פי אומדן זה 1,095,190 איש ואישה, מספר המעוגל במחקר ל-1.1 מיליון.
בנוסף ליהודים גורשו לאושוויץ כ-23,000 צוענים. קבוצות נוספות שגורשו למחנה היו כ-12,000 שבויי מלחמה סובייטיים, 140,000 - 150,000 אסירים פולניים, ועוד כ-25,000 אסירים בני לאומים אחרים (איטלקים, אוסטרים, אוקראינים, ביילורוסים, גרמנים, יוגוסלבים, ליטאים, צ'כים, צרפתים, ורוסים). בסך הכול גורשו לאושוויץ, לפי הערכה זו, לפחות 1,300,000 איש ואישה.
כל אלה הן הערכות מינימום; הערכות המקסימום הן כי גורשו לאושוויץ 1.5 מיליון איש. מספר הנרצחים נע, על פי הערכות אלה, בין 1.1 מיליון בני אדם ל-1.35 מיליון בני אדם.
מעבר לשאיפה להגיע לחקר האמת, יש חשיבות רבה בקביעת המספר מכיוון שהפערים הגדולים בין ההערכות מזינים טיעונים של מכחישי שואה.
לאחר מלחמת העולם השנייה.
העמדה לדין והענשה של אנשי האס אס.
על פי ההערכה, שירתו באושוויץ 7,000 - 7,200 אנשי אס אס: גברים ונשים, במהלך כל שנות קיומו של המחנה. יש להניח, כי כ-6,500 מתוכם שרדו את המלחמה.
ההערכה היא כי רק כ-10% מתוך סגל המחנה הועמדו לדין לאחר המלחמה, חלקם בפולין סמוך לאחר המלחמה, ואחרים בגרמניה בשנות ה-50 של המאה ה-20. חלק גדול מאותם שהורשעו נידונו לעונשים קלים, בדרך כלל מאסר שנים אחדות בכלא (לעיתים רק שנתיים או שלוש), ובהם גם כאלה שהרגו מאות אסירים במו ידיהם.
מפקד המחנה הראשון, רודולף פרנץ הס, נידון למוות על ידי השלטונות הפולנים, והוצא להורג מול שער המחנה באפריל 1947.
לקראת סוף 1947 התקיים בקרקוב משפט אושוויץ הראשון שנוהל על ידי שלטונות פולין, ובו נדונו 41 אנשי אס אס בכירים במחנה, בהם המפקד השני, ארתור ליבהנשל, שנידון למוות והוצא להורג בקרקוב. משפט שני של נאשמים מאושוויץ התקיים בגרמניה ובו נדונו בעיקר חברי הסגל הרפואי של מחנה ההשמדה.
המפקד השלישי, ריכרד בר, נעצר בשנת 1960 והיה אמור להשפט במשפט אושוויץ השני, אולם הוא מת בכלא הגרמני בהמתנה למשפטו.
מחנה מעצר סובייטי.
לאחר המלחמה שימש מתחם המחנה עד 1947 כמחנה מעצר של הנ.ק.ו.ד. (NKVD), המשטרה החשאית של ברית המועצות (הארגון שקדם לק.ג.ב.) ושל המשרד לביטחון פנים של פולין, MBP, המשטרה החשאית של ממשלת פולין הקומוניסטית. מפעלי בונה שוקמו על ידי ממשלת פולין, כבסיס לתעשייה הכימית של האזור.
הנצחה ושימור במחנה.
מחנה אושוויץ הפך למוזיאון. מספר בלוקים הוקדשו לעמים שונים (כמו הבלוק היהודי), בלוק 11 משמש כמוזיאון לתאי ההתעללות בבני האדם. בבלוקים 4 ו-5 ניתן לראות שאריות מהרכוש שנגזל מהאסירים במחנות אושוויץ בירקנאו, בהם: שיער הנגזז, מזוודות, נעליים, משקפיים, פרוטזות וכו'. מחנה בירקנאו נשאר עומד על תילו, מלבד המשרפות שפוצצו על ידי אנשי הזונדרקומנדו (הריסות המבנים עומדות כפי שהיו ביום ההפצצה). בנוסף למוזיאון ניצבות ברחבי המחנה אנדרטאות רבות שהוצבו לזכר הנרצחים במחנה.
ב-1947 החליטה ממשלת פולין על שיחזור מחנה אושוויץ I, כמוזיאון לזכר קורבנות הפאשיזם; אושוויץ II, שבו היו המבנים עשויים מעץ, חומר לא עמיד, שומר אך לא שוחזר. מוזיאון אושוויץ I משלב מרכיבים מכמה תקופות לאתר אחד: לדוגמה, תא הגזים באושוויץ I (שכבר לא היה קיים בסוף המלחמה) שוחזר והגדר הוזזה (בגלל בנייה שנעשתה אחרי סוף המלחמה ולפני הקמת המוזיאון). עם זאת, ברוב המקרים הסטייה מהאמת ההיסטורית היא שולית, והיא מצוינת בפירוש. אושוויץ II ושרידי תאי הגזים שבו פתוחים גם הם לציבור.
בשנות ה-60 של המאה ה-20 הלאימה ממשלת פולין את שטחי המחנות ואת הרכוש, וסירבה לשלם פיצוי כלשהו על הרכוש המולאם. ציפורה פרנק, בת למשפחה יהודית שהייתה הבעלים של השטח, מנהלת מאז שנות ה-90 של המאה ה-20 מאבק תקשורתי ומשפטי להחזיר לה את הבעלות באתר, מתוך כוונה שהאתר יהיה בבעלות יהודית.