Projektowaniem i budową obozu śmierci w Treblince zajęła się specjalna ekipa budowlana SS z Centralnego Zarządu Budowlanego SS i Policji w Lublinie, kierowana przez SS-Obersturmführera Richarda Thomallę. Prace budowlane wykonywały dwie firmy niemieckie z Legnicy i Warszawy. Drutem kolczastym ogrodzono 17 ha gruntów położonych około 500 m od głównej drogi kolejowej i szosy Małkinia – Kosów Lacki. Założono linię telefoniczną, zbudowano dogodną brukowaną drogę prowadzącą od szosy przez las do obozu. W czerwcu 1942 r. wybudowano nieduży boczny tor od istniejącego już odcinka linii kolejowej prowadzącej do żwirowni. Materiały do budowy obozu przywożono z Warszawy, Sokołowa Podlaskiego i Kosowa Lackiego. Okoliczne gminy żydowskie zmuszano do dostarczania materiałów budowlanych i instalacyjnych. Do prac wykorzystywano więźniów żydowskich sprowadzonych w tym celu z okolicznych miasteczek oraz więźniów karnego obozu pracy. Oficjalnie obóz nosił nazwę SS-Sonderkommando Treblinka, potocznie określany był jako Treblinka II. W dniu 11 lipca 1942 r. zakończono prace budowlane, a jego komendantem został, doktor medycyny, SS-Untersturmführer Irmfried Ebert.

Cały obóz otaczało podwójne ogrodzenie z drutu kolczastego, wysokie na 2,5 m, przeplatane zielonymi gałęziami, głównie sosnowymi, tak by nie można było zobaczyć, co dzieje się za nimi. W górne partie drutu ogrodzenia wtykano gałęzie jałowca, by je podwyższyć i dodatkowo zamaskować. Około 40 m przed ogrodzeniem ustawiono kozły przeciwpancerne i rozpleciono zwoje drutu kolczastego.

Główna brama znajdowała się od strony północnej i otwierała się na drogę nazwaną przez Niemców Kurt Seidel Straße – od nazwiska najstarszego wiekiem niemieckiego członka załogi obozu, który nadzorował jej budowę. Główne drogi były wybrukowane, pozostałe wysypane żwirem. Za bramą, po prawej stronie, znajdowała się wartownia, a naprzeciwko niej – komendantura. Od Kurt Seidel Straße odchodziła uliczka w kierunku wschodnim, prowadząca do koszar dla ukraińskich strażników. Pierwszy dużych rozmiarów budynek od strony wschodniej to jadalnia połączona z kuchnią i spiżarnią. Następne dwa budynki, położone względem siebie równolegle, to baraki mieszkalne dla strażników, tzw. wachmanów. Dalej stały dwa baraki, również równolegle położone względem siebie: pierwszy to barak mieszkalny, drugi zawierał pomieszczenia dla lekarza i fryzjera. Koszary nosiły nazwę im. Maxa Biali (Bielasa). SS-Untersturmführer Max Biali został zakłuty nożem przez warszawskiego Żyda Meira Berlinera podczas przeprowadzania selekcji na placu apelowym 11 września 1942 r. Berliner, wraz z dwoma stojącymi obok niego więźniami, został natychmiast zabity szpadlem przez strażników. Koszary te zamieszkiwała kompania strażników, tj. 80–120 osób.

Kolejnym obiektem znajdującym się na obszarze koszar było ZOO. Znajdowały się w nim zwierzęta leśne, m.in. sarna, lisy, gołębie oraz dwa pawie. Obok ZOO znajdowała się sortownia kosztowności. Tutaj około 10–12 osób, tzw. Goldjudenów, sortowało, rejestrowało i pakowało rzeczy wartościowe, głównie pieniądze, złoto, diamenty i biżuterię. Ich szefem był SS-Unterscharführer Franz Suchomel. Goldjudeni byli specjalistami w swojej branży i uprzywilejowanymi więźniami w obozie.

Obok komendantury, znajdował się budynek dla Niemców, w którym mieściły się schron, izolatka, gabinety dentystyczny i fryzjerski. Za nim był barak dla Polek i Ukrainek, które pełniły funkcje sprzątaczek i służących. Trzy Polki zajmowały się gotowanie posiłków dla Niemców.

W części więźniarskiej obozu były baraki dla więźniów określane gettem, obozem nr 1 lub obozem dolnym. Niemcy nazywali go Wohnlager – obóz mieszkalny. Przebywało w tych pomieszczeniach 700–800 więźniów. Baraki były ustawione w kształcie podkowy. Wszystkie wymienione dotychczas budynki, jak i stacja benzynowa, garaż, w którym trzymano samochody, w tym także samochód pancerny, oraz skład węgla, tworzyły tzw. część administracyjno-mieszkalną.

Kolejną część obozu tworzyła tzw. strefa przyjęć, określana przez Niemców jako Auffanglager – obóz przejściowy. Składała się ona z rampy, rozbieralni dla kobiet i dzieci, w której pracował również fryzjer oraz tzw. kasy, czyli miejsca, gdzie składowano drogocenne rzeczy. Po przeciwnej stronie znajdowała się rozbieralnia dla mężczyzn. Teren rozbieralni ogrodzony był dodatkowo drutem kolczastym. Stąd prowadziła łukowata droga do komór gazowych, określana przez Niemców „der Schlauch”, a przez więźniów Himmelfahrtsstraße – Droga Wniebowstąpienia lub Himmelweg – Droga do Nieba. Ogrodzona z obu stron drutem kolczastym, skręcała prawie pod kątem prostym, tak aby na zakręcie można było przerwać napływ ludzi do komór gazowych.

Przy rampie znajdował się dużych rozmiarów barak, w którym składano posortowane rzeczy ofiar. Od strony rampy i torów magazyn ten upodobniony był do stacji kolejowej. Widniał na nim dużych rozmiarów napis „Ober Majdan”. Barak posiadał okienko imitujące kasę biletową i namalowany na szczycie zegar. Strzałki wskazywały kierunek rzekomej przesiadki do Białegostoku i Wołkowyska oraz kierunek do łaźni.

Ważnym obiektem był tzw. lazaret. Nie służył on do leczenia, lecz wręcz przeciwnie – do zabijania. Nad budynkiem tym powiewała biała flaga z czerwonym krzyżem. Za nim znajdował się dół, w którym palono przywożone dokumenty, zdjęcia, dyplomy, przedmioty kultu religijnego. Nad ten płonący dół przyprowadzano chorych, starców, inwalidów, dzieci bez opieki oraz tych, którzy mogliby opóźnić tempo „prac” mających na celu szybkie uśmiercanie. Przyprowadzonych tu ludzi sadzano na ławkę i strzałem w tył głowy pozbawiano życia. Obok lazaretu znajdował się dół, w którym grzebano zwłoki zmarłych podczas transportu.

Podstawowe zadanie spełniał Totenlager – obóz śmierci, przez więźniów określany obozem nr 2 lub wyższym. Nazwa „wyższy” wzięła się od ukształtowania terenu. Znajdował się on na niedużym wzniesieniu, w przeciwieństwie do położonego w dole obozu nr 1, tzw. niższego. Najważniejszymi budynkami były tu komory gazowe. Na początku funkcjonowania obozu wybudowano trzy, określane później jako stare. Brak jest o nich dokładnych informacji. Najprawdopodobniej wyglądały one tak jak w Bełżcu. Barak – o wymiarach 4 m szerokości, 8 m długości i 2 m wysokości – zbudowany był z podwójnych ścian wykonanych z desek. Przestrzeń między nimi wypełniona była piaskiem, by budynek był hermetyczny. Ściany wewnętrzne baraku obite były papą, a podłogi i ściany do wysokości 1 m – blachą ocynkowaną. Wszystkie drzwi zrobione były z grubych desek i zabezpieczone z zewnątrz ciężkimi drewnianymi sztabami, umieszczonymi w żelaznych obejmach. Drzwi, uszczelnione gumą, otwierały się na zewnątrz. Obok komór gazowych znajdowało się pomieszczenie z silnikiem, najprawdopodobniej wymontowanym z rosyjskiego czołgu i agregatem prądotwórczym, który zaopatrywał obóz w energię. Wylot rury spalinowej silnika połączony był podziemną rurą z trzema komorami. Rury biegły wzdłuż komór, tuż pod podłogą, a ich odgałęzienia skierowane były do góry i wychodziły na wysokości 1 m od podłogi do otworu w wewnętrznej ścianie komory. Komory te otoczone były wysokim parkanem. Śmierć następowała poprzez zatrucie tlenkiem węgla, który powodował sparaliżowanie centralnych dróg oddechowych. Zwłoki wyciągane były przez otwierane z zewnątrz włazy na rampę. Ładowano je na wagoniki, które jeździły po specjalnych wąskich torach. Po obróceniu wagonu wrzucano ciała do dołu i przyciągano wagonik po kolejne zwłoki. Komory okazały się jednak nieszczelne, a wywożenie trupów wagonikami pochłaniało zbyt dużo czasu. W ramach reorganizacji obozu, którą przeprowadzono w sierpniu i wrześniu 1942 r., wybudowano nowe komory gazowe. Na terenie Totenlager (obozu śmierci) znajdował się ogrodzony barak dla więźniów, których wykorzystywano do grzebania i palenia zwłok. Było ich około 300 osób. W tej części obozu znajdowało się kilka głębokich dołów na zwłoki, wykopanych głównie za pomocą koparek (bagrów), sprowadzonych tu w końcu lipca 1942 r. Wykopy sięgały do 10 m głębokości.

Początkowo pomordowanych chowano, później palono na rusztach. Zbudował je wiosną 1943 r. przybyły do Treblinki specjalista do spraw kremacji, SS-Oberscharführer Herbert Floß. W celu zatarcia śladów zbrodni wprowadzono metodę palenia zwłok przy użyciu benzyny i oleju dieslowego, a przemieszane z piaskiem prochy zakopywano.