Массовые расстрелы и захоронения на Бутовском полигоне начались 8 августа 1937 года. Чаще всего на Бутовский полигон для расстрела отправляли узников из Таганской, Бутырской и Сретенской тюрем. Часто на территорию полигона привозили тела расстрелянных непосредственно для захоронения.

Примерно до августа 1937 года расстрелянных хоронили в небольших отдельных ямах-могильниках, но по мере увеличения нагрузки подготовка мест для погребения производилась уже с использованием экскаватора. С его помощью предварительно рылись громадные рвы с целью дальнейшего оборудования теперь уже «братских» могил.

Считается, что если на территории спецобъекта «Коммунарка» расстреливали и осуществляли погребение останков преимущественно представителей привилегированных слоев, то в Бутово отправляли всех остальных. Подавляющее большинство расстрелянных были беспартийными, примерно половина имели низшее образование. В основном здесь покоятся останки простых рабочих, служащих советских учреждений, крестьян, представителей духовенства. За годы террора на территории Бутовского полигона было захоронено около 21 000 человек, из них 19 903 человека составляют мужчины, 858 — женщины. Также имеющиеся данные свидетельствуют о том, что 11 300 расстрелянных являлись жителями Москвы и Московской области, остальные — из различных регионов СССР, а также других государств: Германии, Польши, Франции, США, Австрии, Венгрии, Румынии, Италии, Югославии, Чехословакии, Турции, Японии, Индии, Китая и др.

Имеются некоторые статистические данные относительно расстрелов на Бутовском полигоне в 1937-38 гг. Так, известно, что в сентябре 1937 года на этой территории было расстреляно 3165 чел., в октябре и ноябре - 2045 и 2376 чел. соответственно, в феврале и марте 1938 г. - 2326 и 2335 чел., в мае и июне - 1346 и 1169. Позже, вплоть до 19 октября 1938 года, расстрелы не превышали цифры 1000 человек в месяц, а после этой даты больше не производились. 

Расстрелянные дети могли быть как попавшимися на краже пары буханок хлеба беспризорниками или уголовниками, имевшими за плечами богатую историю краж и побегов, так и бывшими заключенными московской Сретенской тюрьмы, осужденными к высшей мере наказания за контрреволюционную агитацию или контрреволюционную деятельность — например, за наколку портрета Сталина на левой ноге. Всех их постигла одна и та же участь. Те из детей, кто был осужден не по политической статье, не реабилитированы до сих пор.