ヤマトタケル（日本武尊）、行基、源頼朝が開湯したとの俗説があるが、同時代の記録（碑文や文書）に草津温泉を起想させる内容は見られない。上州草津の温泉について今日まで伝えられている最古の記録は、戦国時代前期の事柄について当時より後世の人物が記したものである。それは文明4年（1472年）、信州西厳寺住職の招きで浄土真宗本願寺派第8世宗主・蓮如が越前吉崎（現・福井県あわら市吉崎）の吉崎御坊より来草して布教したというものであるが、係る記録は他の記録と年号が食い違っているうえ、後世に記したものであるため、真偽のほどは定かでない（草津温泉温泉観光士講座より抜粋）。ともかくも、史料として既知で最古の例である。
古来、草津温泉は「万病に吉」と謳われ、多くの湯治客を迎え入れてきた。温泉の保温効果に加えて、草津温泉の強酸性泉による殺菌作用、成分に含まれる硫酸アルミニウムによる収斂作用、皮膚の刺激作用により切り傷から、ハンセン病、梅毒、皮膚病まで幅広い病の患者を受け入れてきた。草津温泉が考案した独特の入浴法として「時間湯」がある。これは、湯もみによる低温化と組み合わせたもので、1877年（明治10年）頃に完成した。温度が高すぎて人間の入浴に適さない草津温泉の源泉の湯を、加水することなく適温化するために考え出された方法で、折角の温泉成分が加水で薄まってしまうのを避けることができる。湯もみ板で湯をもみ、湯長の号令で一斉に入浴し、3分間の入浴を行う。最盛期には、熱の湯、白旗の湯、松の湯、千代の湯、鷲の湯、地蔵の湯の6湯で行われていたが、2010年代には、千代の湯、地蔵の湯の2湯で行われるのみとなっている。
源泉は、公的に管理している大源泉が6つ存在するほかホテル等が所有している小源泉も多数存在する。自噴する温泉の湯量は極めて豊富であり、湯温も摂氏50-90度前後と高い。万代鉱源泉はラジエーターを使い高い湯温を下げて配湯している。時間湯では昔から草津節などを唄いながら木の板（湯もみ板と言う）で温泉をかき回し、湯温を下げるのが特徴的な「湯もみ」が行われる（現在も、観光客向けに実演する施設があるほか、2箇所の共同湯では湯治の一環として行われている）。ちなみに、草津節は草津温泉最古の共同風呂「鷲の湯」が発祥の地である。温泉街には、湯畑を始めとする大小さまざまの源泉がある。1975年（昭和50年）に万代鉱源泉の利用および町による管理配湯が始まってからは、多くの小規模源泉が破棄された。なお、湯畑を始めとする草津温泉の各源泉には緑色の湯垢のようなものが散見されるが、これはイデユコゴメ類などの温泉藻である。
草津温泉の湯は基本的には酸性泉（酸性低張性高温泉）である。場所（源泉）によっては硫黄泉なども見受けられる。pHは2.1と酸性度が非常に高く、雑菌などの殺菌効果がある。この強酸性のために下流の品木ダムには酸性中和施設がある。温泉療養にも利用されており、適応症は皮膚病・神経痛・糖尿病ほか。草津温泉は、草津白根山から東へ流れる地下水に火山ガスが出会って生じていると考えられている。降ってから数ヶ月から数年の比較的新しい地下水が主体となっており、湧出量は直前の降水量の影響を強く受けている。また、白根山の山頂に近いほどpHが低く、含有成分も変わる。
北西部には、草津白根山（白根山〈2,160m、湯釜〉、本白根山〈2,171m〉、逢の峰〈2,110m〉）が聳えている（上信越高原国立公園）。
1973年、米国オハイオ州マンスフィールド上空のヘリコプター上にて、陸軍予備隊の四人の乗員が謎の「赤い光」を目撃した。赤い光は移動と停止を繰り返し、最終的には600ノット以上の速度でヘリに向かって接近した。ヘリコプターのパイロットは回避行動を取り、無線で進入管制に連絡したが、すぐに無線は使用不能となった。赤い光は衝突の間際で突然にヘリの前方で停止した。ヘリコプターは急激な方向転換により落下し始めようとしていたが、すぐに上昇し始めた。乗員は、どう見てもUFOがヘリコプターを光で引き上げているようにしか見えなかったと語っている。ヘリが吸い上げられ静止したその瞬間、ヘリの乗員は葉巻型で金属の外観をしたドーム状の物体を見た。目撃時間は少なくとも5分間だった。その物体は下方に緑色のビームを放っていたが、そのビームは方向を変えヘリの操縦席やコックピットを「緑色の光」で覆った。数秒後、物体はきっちりと45度の角度で右へと方向を変え、加速して西へと去っていった。同時刻、マンスフィールドから南東にある自宅へ車で帰宅していたErma夫人は、ヘリコプターと赤い光が上空で交わる姿を目撃していた。赤い光は停止すると緑色に強く発光し、あたり一面が緑色に覆われた。また現場付近に住んでいたJeanne Elisは、家の中が緑色に染まる光景を目撃している。ヘリコプター乗員の一人であったLawrence J. Coyneは、この事件のすぐ後に体外離脱を体験している。すると直後に陸軍から呼び出しを受け「事件後、体から離れるような夢を見たか？」と質問調査を受けたことを明かしている。この事件はベテランを含むヘリコプターの乗員4名と地上の複数人が事件の目撃者で信頼度が高い UFO 目撃事件とされている。