Der Plötzensee ist nach dem Karpfenfisch Plötze benannt, der in großen Schwärmen in ihm lebte. Der See gehört zu einer eiszeitlichen Seenrinne, die von Nordosten zum Spreetal führte. Vor 1443 hatte das Spandauer Nonnenkloster St. Marien die Nutzungsrechte, die dann vom preußischen Fiskus übernommen wurden. 1817 kaufte die Stadt Berlin den See und verpachtete die Nutzungsrechte für die Ufer und die Fischfangrechte.

Bereits im 19. Jahrhundert entstand am See eine Sportanlage des Heeres, die 1891 zu einem Schwimmbad ausgebaut wurde. 1845 bis 1851 gab es schon mal ein Freibad, 1877 entstand auf Initiative des Turnlehrers Auerbach eine bewachte Badestelle (Auerbachsches Wellenbad), die es bis 1918 gab. Ab 1923 begann unter dem Gartenbaudirektor Rudolf Germer (1884-1938) der Ausbau der 7,5 ha großen Grünanlagen samt den Ufern und einem Promenadenweg. Das wieder geöffnete Freibad erhielt eine Freitreppe, die zum künstlichen Sandstrand führt. 1926 bis 1928 bauten Walter Krüger und Johannes Krüger das zweigeschossige, aus zwei u-förmigen Teilen bestehende Eingangsgebäude einschließlich Gaststätte. Die Gebäude stehen unter Denkmalschutz.

Westlich des Plötzensees befinden sich außer dem Freibad auch Sportanlagen, Anlagen von Schwimmvereinen und ein Kinderheim, nördlich desselben der Friedhof am Plötzensee.

Am Plötzensee befindet sich eine Gedenkstätte für die Opfer des Nationalsozialismus im Gefängnis Plötzensee, in dem auch die Teilnehmer des gescheiterten Umsturzversuches vom 20. Juli 1944 hingerichtet wurden.