Bis 1940 ließ die SS die Toten des Lagers im städtischen Krematorium in Weimar einäschern. Für das KZ Buchenwald entwickelte die Erfurter Firma „Topf & Söhne“ nach dem Vorbild von Müll-Verbrennungsanlagen spezielle Öfen. Zehn Öfen desselben Typs wurden später im Konzentrations- und Vernichtungslager Auschwitz-Birkenau installiert. Mit ihnen konnte die SS in kurzer Zeit möglichst viele Leichen verbrennen. Die Asche der meisten Toten ließ sie seit 1943 wie Abfall in der Umgebung des Lagers verkippen.
In einem Seitentrakt des Krematoriums befanden sich zwei Sezierräume der Pathologie. Den Toten, wurden hier die Goldzähne herausgebrochen und Organe für anatomische Präparate, die an Universitäten gegeben wurde, entnommen. Eine Besonderheit war die Herstellung von makabren Geschenkartikeln, die sich die SS-Männer gegenseitig überreichten: Menschenhaut – vorzugsweise solche, die tätowiert war – wurde aus den Leichen geschnitten, gegerbt und zu Alltagsgegenständen weiterverarbeitet.
In einem Leichenkeller unter dem Verbrennungsraum war eine der Hinrichtungsstätten des Lagers. Dort erdrosselte die SS an Wandhaken etwa 1.100 Männer, Frauen und Jugendliche, zumeist Gefangene der Gestapo, aber auch KZ-Häftlinge.
Im hinteren Hof lagerte die SS auch ihre mobilen Schaugalgen, mit denen sie im Auftrag der Gestapo außerhalb des Lagers öffentliche Erhängungen durchführte.