בשנים 1937 עד 1941 היה מפקד המחנה שטנדרטנפירר (קולונל) קארל קוך. קוך ואשתו, אילזה קוך, נודעו לשימצה בשל התנהגותם הסדיסטית כלפי האסירים. בין השאר הואשמה אילזה קוך בכך שנהגה להכין אהילים מעור של אסירים שנרצחו במחנה, וכן שנהגה לאסוף עור אדם שעליו כתובת קעקע, וכן ראשי אדם מצומקים. קוך הועבר לפיקוד על מחנה מיידנק בספטמבר 1941, אשתו עברה איתו והמשיכה במעשי הסאדיזם שלה גם במיידנק. אכזריותו ושחיתותו של קוך הייתה מוגזמת אפילו בסטנדרטים של האס אס, והוא הועמד לדין באוגוסט 1943 בגין מעילות, זיוף, איום על פקידים בכירים, ומה שכונה "פשעים אחרים", כנראה כינוי לרציחות שביצע מחוץ להוראותיו. אשתו חזרה לתפקיד מפקחת בבוכנוואלד. קוך הוצא להורג בתחילת אפריל 1945, כשבוע לפני שחרור המחנה; אשתו נידונה למאסר עולם לאחר המלחמה, והתאבדה בכלאה ב-1967.
בינואר 1942 מונה אוברפירר (קולונל בכיר) הרמן פיסטר כמפקד המחנה. הוא מילא תפקיד זה עד תום המלחמה, והיה אחראי לפינוי המחנה וצעדת המוות שהתלוותה אליו.
אלון גתה.
כאשר פתחו הנאצים בבניית מחנה הריכוז בוכנוואלד, היה צורך ממשי לברא חלקי יער נרחבים. בשטח אזור ביתני המגורים שבמחנה נכרתו כל העצים, מלבד לעץ אלון זקן אחד (עצים נוספים היו בחלק האחורי של אזור מגורי האסירים ובאזור האס אס). על עץ האלון הזה סיפרו תושבי האזור שתחתיו נהג הסופר, המדען והוגה הדעות יוהאן וולפגנג פון גתה לפגוש את אהובתו לוטה (Lotte, ובשמה המלא שרלוטה בוף). בהערצתם לסופר הגדול הותירו הנאצים את העץ בשלמותו ואף את המבנה שבנו בתחומו (בניין המכבסה) בנו עם נישה מיוחדת סביב העץ כדי לא לגדוע אותו. חלק מהאסירים ראו בעצם קיומו של העץ בשטח מחנה האסירים מעין סמל לכך שהתרבות (המיוצגת על ידי אלון גתה) נמצאת בצד של האסירים, ולא בצד של האס אס. בשנת 1944, כאשר נגדע העץ עקב מתקפה אווירית של בעלות הברית, שימרו הנאצים את הגדם לזכרו של גתה.
ניסויים בבני אדם.
במקביל למינויו של פיסטר למפקד המחנה בינואר 1942, הוחל בביצוע ניסויים רפואיים באסירים. הניסויים בוצעו בצריפים 44 ו-49 במחנה האסירים. הניסויים נועדו לבחון את השפעתם של חיסונים נגד מחלות מידבקות כמו טיפוס, כולרה ודיפתריה. ניסויים אלה הביאו למותם של מאות אסירים. בשנת 1944 החל הרופא הדני קארל ורנט (Vaernet) בסדרת ניסויים שנועדו "להבריא" הומוסקסואלים מנטייתם, באמצעות הזרקת הורמונים.
מחתרת והתנגדות בבוכנוואלד.
האסירים הראשונים שהובאו לבוכנוואלד היו קומוניסטים, מאנשי המפלגה הקומוניסטית של גרמניה, בהם מנהיג המפלגה, ארנסט תלמאן. אסירים אלה הקימו בבוכנוואלד תאים ראשונים של מחתרת, כבר ב-1938. המחתרת שאפה להשפיע על הנעשה במחנה על ידי החדרת אנשיה לעמדות מפתח במחנה; תפקידים רבים ניתנו על ידי האס אס לאסירים. ואולם, בשנים הראשונות לקיום המחנה נמסרו תפקידים אלה לידי אסירים פליליים בלבד; לאחר מאבק ממושך בין האסירים הפוליטיים לאסירים הפליליים, הצליחו הראשונים להשתלט על כל עמדות המפתח שהיו בידי האסירים במחנה.
לאחר כיבושן של ארצות שונות בידי הגרמנים בשנים הראשונות של המלחמה, הובאו למחנה אסירים פוליטיים רבים: פקידים ואנשי ממשל, יחד עם חברי תנועות מחתרת בארצות הכבושות. אלה יצרו תאי מחתרת חדשים, על בסיס לאומי. ב-1943 הצליחו התנועות השונות ליצור "ועד בינלאומי מחתרתי" שאיגד את כל תאי המחתרת, וכלל גם יהודים. המחתרת עסקה בחבלה במפעלי התחמושת שהיו סמוכים למחנה, והתכוננה למרד חמוש על ידי הברחת נשק למחנה. כמו כן, הצליחו חברי המחתרת להאט ולשבש את פינוי המחנה. יציאת אנשי האס אס מן המחנה לוותה בהשתלטות של אנשי המחתרת על המחנה, עוד לפני שחרורו בידי בעלות הברית.
ז'אן בפטיס פיילן שבעצמו היה אסיר במחנה החביא אסיר יהודי ובכך הציל את חייו. על פעילות זו הוא זכה בתואר חסיד אומות העולם.
אומדני מספרי האסירים והנרצחים במחנה.
להלן מספרי האסירים במחנה, לפי מקורות אחדים.
רשימה זו כוללת רק את האסירים שנרשמו בספרי המחנה. מעבר למספרים אלה, היו שבויי מלחמה סובייטים שנרצחו מיד עם הגיעם למחנה, אסירים שנשלחו להשמדה באושוויץ ומאוטהאוזן, וכן אסירים שנרצחו בצעדות המוות עם פינוי המחנה. להלן הערכת מספרי האסירים שנרצחו בדרך זו:
נסיגת הנאצים וכניסת הצבא האמריקני: אפריל 1945.
עם התקרבות צבאות בעלות הברית לגרמניה וקריסתם הצפויה של השלטונות הנאצים, החל היינריך הימלר, ראש האס אס, במגעים סבוכים בניסיון להציל מה שניתן, מנקודת מבטו. הימלר רצה לשמור על היהודים כקלפי מיקוח. ההנחיה נמסרה למפקדי המחנות, והרמן פיסטר, מפקד המחנה, הודיע לסגל הפיקוד שללא הנחיה אחרת יושאר המחנה כפי שהוא עד שיגיע הצבא האמריקני. ואולם, במקביל ובסתירה להוראה כזו הורה פיסטר להכין את האסירים היהודיים לשילוח מן המחנה, בנפרד מהאסירים האחרים; הם נועדו למשלוח לטרזיינשטט, בצ'כוסלובקיה. ואולם, כוחות שונים בביורוקרטיה הגרמנית הסבוכה החלו להעביר הנחיות סותרות לגבי פינוי המחנה; הבלבול גדל עוד יותר, לאור קריסת המערכות השלטוניות הגרמניות. בשל הבלבול הרב הפך פינוי בוכנוואלד, שהיה אמור להיות פינוי מסודר, לאוסף של פקודות סותרות. המחתרת במחנה הוסיפה עוד למהומה, על ידי עיכוב הפקודות ויצירת בלבול נוסף, מהלכים שהביאו להצלתם של רבים.
ב-2 באפריל הוחל בפינויים של מחנות המשנה של בוכנוואלד, לתוך המחנה העיקרי; הפינויים היו אכזריים, ורבים מהאסירים נרצחו תוך כדי הפינוי. כ-3,000 עד 4,000 יהודים נשלחו לטרזיינשטט, ומהם הגיעו רק כמה מאות למחנה. לפי ההערכות, כשליש מאסירי בוכנוואלד ומחנות המשנה – בין 13,000 ל-15,000 בני אדם – נרצחו ומתו במהלך פינוי המחנות. מ-6 באפריל והלאה נשלחו עוד 22,000 אסירים מהמחנה, והם הובלו דרומה לכיוון דכאו; חלקם שוחררו שם, וחלקם שוחררו על ידי צבאות בעלות הברית אותם פגשו בדרכם.
ב-11 באפריל 1945 בשעות הבוקר, עזבו רוב אנשי האס אס את המחנה. אנשי המחתרת השתלטו על המחנה, והצליחו ללכוד עשרות אנשי אס אס. באותו יום הגיעו למחנה חיילים אמריקניים, מהדיוויזיה המשוריינת ה-6, שהייתה חלק מהארמייה האמריקנית השלישית, בפיקוד ג'ורג' פטון. החיילים מצאו במחנה כ-21,000 אסירים, בהם כ־4,000 יהודים. האסירים במחנה הוציאו להורג חלק מאנשי האס אס שנפלו בידיהם; אסירים אחרים פשטו על העיר ויימאר, בזזו, רצחו ואנסו את תושביה. מרטין גריפילד, אחד מאסירי המחנה (ולימים חייט ידוע של נשיאי וידועני ארצות הברית) אשר הועסק בעבודות כפייה והתעללות בבית ראש עיריית וייאמר ורעייתו, חזר לביתם על מנת לנקום בהם אך מצא את אשת ראש העיר יושבת עם בתה הפעוטה. לכן הוא החליט לחוס על חייה ולהסתפק בנקמה שבלקיחת מכונית המרצדס שלהם. בהמשך, ראש העיר נאסר במחנה ולבסוף הוצא להורג. גם רעייתו אולצה לשרת את הצבא האדום ולבסוף נפטרה ממחלה קשה.
ימים ספורים לאחר שחרור המחנה, ב-15 באפריל, שידר כתב הרדיו אדוארד מורו שידור מבוכנוואלד, ובו תיאר למאזיניו את הזוועות שהתגלו לעיניו. דבריו התפרסמו מאוד, ונחתמו במילים:
המראות היו כל כך קשים עד כדי כך שראשי צבאות בעלות הברית רצו לחזות במחנה במו עיניהם. ב-22 באפריל הגנרלים דווייט אייזנהאואר, ג'ורג' פטון ועומר בראדלי הגיעו לסיור במחנה המשוחרר והגיבו בהלם למראה עיניהם. מסופר כי פטון פרש לפינה צדדית ושם הקיא את נפשו. בימים הבאים הוא חתם על צו הפוקד על כל תושבי הסביבה הגרמניים לבוא למחנה, לחזות גם הם בזוועות ולקבור את הגופות.
אומדן הקרבנות שנרשמו ושלא נרשמו מגיע לכ-70,000 איש, אשה וילד.
אחרי מלחמת העולם השנייה.
לאחר המלחמה נשפט מפקד המחנה הרמן פיסטר, ונגזר עליו גזר דין מוות. הוא מת בכלא לפני ביצוע גזר הדין.
מחנה מעצר סובייטי.
על פי ההחלטות שקיבלו מנהיגי בעלות הברית בועידת יאלטה, בפברואר 1945, היה השטח שבו נמצא מחנה בוכנוואלד בשליטת ברית המועצות, והצבא האמריקני העביר לשליטה סובייטית את המחנה כמה שבועות לאחר שחרורו. הסובייטים הפעילו מחדש את המחנה כמתקן כליאה לאסירים פוליטיים עד פברואר 1950. היה זה אחד מעשרה מחנות ושלושה בתי כלא שנבנו באזור הכיבוש הסובייטי. מחנה זה נקרא מחנה מעצר מיוחד 2 בוכנוואלד.
במחנה נכלאה קבוצה קטנה יחסית של פושעי מלחמה, מספר גדול של פקידים נמוכים ובינוניים מן המפלגה הנאצית ושדרת הממשל הנאצי, קבוצה של חברים ומנהיגים בנוער ההיטלראי, אנשי וואפן אס אס, שוטרים וחיילים מארגוני המשטרה השונים בגרמניה הנאצית, קצינים בורמאכט, וכן מספר רב של אנשים שנעצרו בשל הלשנות, טעויות בזיהוי, ובאופן שרירותי. עד סוף 1945 היו במחנה כ-6,000 אסירים, ועד פירוק המחנה ב-1950 עברו בו 28,455 בני אדם (על פי הנתונים הרשמיים של המחנה); חלקם הובאו למחנה ממחנות אחרים, שפורקו. בשיאו אכלס המחנה בעת ובעונה אחת 16,371 איש. 1,500 אסירים נשלחו לברית המועצות, לעבודת כפייה. רובם המוחלט היו גברים; רק כ-1,000 נשים עברו במחנה. רק מיעוט מבין האסירים נעצרו בשל התנגדות לשלטון הסובייטי.