Niemcy rozpoczęli serię masowych egzekucji ludności cywilnej już w początku grudnia 1939 r. Pierwsza egzekucja w Palmirach miała miejsce 7 grudnia 1939 roku, kilka tygodni przed egzekucją w Wawrze.
Największa masowa egzekucja, w której zginęło 378 osób - wielu wybitnych działaczy społecznych i politycznych, dziennikarzy, lekarzy, adwokatów, księży - miała miejsce pół roku później w dniach 20-21 czerwca 1940 roku. Wśród nich był znany działacz socjalistyczny, redaktor „Robotnika”, długoletni poseł na Sejm RP – Mieczysław Niedziałkowski, prezes Stronnictwa Ludowego, Marszałek Sejmu – Maciej Rataj, złoty medalista w biegu na 10 tys. metrów na Igrzyskach Olimpijskich w Los Angeles w 1932 r. - Janusz Kusociński, poseł i senator - Halina Jaroszewicz, wiceprezydent Warszawy – Jan Pohoski. Rozstrzelano także córkę generała Józefa Dowbor-Muśnickiego, przywódcy powstania wielkopolskiego, Agnieszkę.
Od grudnia 1939 do lipca 1941 roku Niemcy przeprowadzili tam 21 egzekucji, w których zginęło ponad 1700 osób. Ostatnie miały miejsce w 1943 r.
Palmiry wybrano nieprzypadkowo na miejsce kaźni. Do września 1939 roku w lasach Kampinosu mieściły się składy amunicyjne Wojska Polskiego. Część terenu była ogrodzona drutem kolczastym i zamknięta dla osób postronnych. Niemcy uznali, że jest on odpowiednim miejscem do rozstrzeliwań.
Doły grzebalne kopała zwykle młodzież z pobliskiego obozu Hitlerjugend. Zwłoki zasypywano ziemią, piaskiem, bo egzekucje odbywały się zwykle u podnóża wydm. Sadzono drzewka, maskowano ściółką, liśćmi. Kopano także doły przypominające rowy przeciwlotnicze. W dniach egzekucji teren obstawiało SS i policja. Polscy robotnicy leśni otrzymywali zakaz zbliżania się do miejsc kaźni. Egzekucje odbywały się także w innych miejscach Puszczy Kampinoskiej, m.in. w Wólce Węglowej, Laskach i Wydmach Łużych.
Ofiarami byli głównie więźniowie Pawiaka i aresztu Gestapo w Al. Szucha. "Niemcy perfidnie oszukiwali ich. Przed załadunkiem na samochody ciężarowe przekonywano ich, że jadą do innego więzienia lub na roboty rolne do Niemiec. Wydawano im osobiste przedmioty, a nawet porcję chleba. Do ostatniej chwili nie mieli świadomości, że jadą na rozstrzelanie. Tuż przed egzekucją wiązano im opaski na oczach" - mówił mówił PAP Bartłomiej Grudnik, historyk z Muzeum w Palmirach.
W egzekucjach brały głównie udział oddziały SS i Policji Bezpieczeństwa, Sipo. Za egzekucje odpowiadał dowódca SS i policji na dystrykt warszawski, Josef Meisinger. W marcu 1947 roku w Warszawie został skazany na karę śmierci. Inny zbrodniarz, komendant SD i policji na dystrykt warszawski, Ludwig Hahn, skazany został w lipcu 1975 roku na dożywocie. Bezpośredni wykonawcy egzekucji nie zostali zidentyfikowani i pozostali bezkarni, o ile nie osądzono ich za inne zbrodnie.
Do identyfikacji miejsc kaźni przyczynili się polscy leśnicy. Oznaczali oni te miejsca za pomocą krzyżyków wyciętych w korze pobliskich drzew, wbijali też łuski karabinowe w drzewa. Po wojnie w miejscach tych Czerwony Krzyż przeprowadził ekshumację.
Na utworzonym w 1948 roku cmentarzu-mauzoleum spoczywają szczątki 2115 ofiar, ekshumowanych w Puszczy Kampinoskiej i w Lasach Chojnowskich. Nagrobków zidentyfikowanych osób jest 577, znanych jest też 485 nazwisk osób, o których wiadomo, że zginęły w Palmirach, ale ich ciał nie rozpoznano. Pozostałe ofiary pozostają bezimienne.
Ofiary egzekucji upamiętnia Muzeum-Miejsca Pamięci Palmiry.