Nachdem die NS-Führung im Verlauf des Jahres 1941 die ursprünglichen Pläne einer "Aussiedlung" aller Juden aus Europa verworfen und statt dessen ihre Ermordung beschlossen hatte, wurde nach geeigneten Orten für dieses Vorhaben gesucht. Im Spätherbst 1941 beauftragte der Reichsführer der Schutzstaffel (SS) und "Chef der deutschen Polizei", Heinrich Himmler, den SS- und Polizeiführer des Distrikts Lublin im "Generalgouvernement", Odilo Globocnik (1904-1945), mit der Vorbereitung der "Endlösung der Judenfrage" unter dem Decknamen "Aktion Reinhardt". Daraufhin wurde mit dem Bau eines Vernichtungslagers in Belzec, einem kleinen abgeschiedenen Ort mit Bahnanschluss an der Südostgrenze des Distrikts Lublin, begonnen.
Lagerkommandant von Belzec wurde SS-Hauptsturmführer Christian Wirth (1885-1944), der bereits die "Euthanasie"-Anstalten geleitet hatte, in denen geistig Kranke und Körperbehinderte mit Giftgas ermordet worden waren. Des weiteren arbeiteten 20 bis 30 SS-Männer in Belzec, die größtenteils ebenfalls ehemalige Mitarbeiter der "Aktion T4" gewesen waren. Zur Unterstützung wurden dem deutschen Personal Ukrainer und Volksdeutsche, die zuvor im eigens dafür errichteten Lager "Trawniki" ausgebildet worden waren, zugeteilt.
Das Lager in Belzec bestand aus einer etwa 265 x 275 Meter großen Fläche, die in zwei Bereiche unterteilt war. Der erste Teil enthielt Verwaltungsgebäude, Unterkunftsbaracken, eine Eisenbahnrampe und ein Gleis, das in das Lager hineinführte. Im zweiten Lagerkomplex befanden sich drei Gaskammern, mehrere Leichengruben und Scheiterhaufen sowie Unterkünfte für die dort arbeitenden Juden. Die einzige Verbindung zwischen beiden Lagerbereichen bildete ein Pfad, "Schlauch" genannt, der von dem "Entkleidungsbereich" des ersten Lagerabschnitts direkt zu den Gaskammern führte.
Nach ersten "Probevergasungen" leitete die SS mit Juden aus dem Lubliner Ghetto am 17. März 1942 den Massenmord in Belzec ein. Das Lagerpersonal verkündete den Ankommenden, sie hätten ein "Durchgangslager" erreicht, müssten nun duschen und würden anschließend mit neuer Kleidung in ein Arbeitslager überstellt. Bis auf einige wenige Männer wurden die Ankömmlinge in die als Duschräume getarnten Gaskammern getrieben und durch die eingeleiteten Abgase eines im Nebenraum installierten Motors ermordet. Die von der Vergasung zunächst verschont gebliebenen Juden mussten die zurückgelassenen Kleider und Habseligkeiten zum Sortierplatz bringen und die während des Transports Gestorbenen aus den Zügen holen. Ein anderes jüdisches Arbeitskommando wurde gezwungen, die in den Gaskammern ermordeten Menschen auf versteckte Wertgegenstände zu untersuchen, ihnen die Goldzähne herauszubrechen, die Haare abzuschneiden und sie schließlich in Leichengruben zu werfen. Auch diese jüdischen Häftlinge wurden von der SS nach einiger Zeit getötet und durch andere Juden aus neuen Transporten ersetzt.
Bis Mitte Juni 1942 waren über 96.000 Juden aus den Distrikten Lublin, Lemberg und Krakau in Belzec ermordet worden. Als Heinrich Himmler am 19. Juli 1942 befahl, alle arbeitsunfähigen Juden des "Generalgouvernements" bis Jahresende zu töten, ließ der Lagerkommandant Christian Wirth im darauffolgenden Monat sechs große neue Gaskammern errichten, die 1.500 Menschen auf einmal fassen konnten. Auch die anderen Todeslager der "Aktion Reinhardt", Sobibor und Treblinka, erhielten neue Vernichtungsanlagen.
Als Ende 1942 die meisten Juden des Generalgouvernements ermordet worden waren, begann die SS im November 1942, die Leichen zu exhumieren und zu verbrennen, um jegliche Spuren des Massenmords zu beseitigen. Anfang Dezember 1942 wurden die Vergasungen in Belzec eingestellt. Nachdem im April 1943 alle Leichen verbrannt worden waren, ließ die SS das Lager zerstören, auf dem Gelände einen Bauernhof errichten und Bäume pflanzen. Die jüdischen Arbeitshäftlinge brachte die SS zur Ermordung nach Sobibor und verließ am 8. Mai 1943 das Lager.
Mehr als 440.000 hauptsächlich polnische, aber auch westeuropäische Juden wurden im Vernichtungslager Belzec ermordet.
1964 wurde auf dem Gelände des ehemaligen Vernichtungslagers ein Denkmal errichtet.