先十和田火山の活動が約160万年前?60万年前以前に見られる。約40万年の活動空白期を挟んで、十和田火山が約22万年前から活動を開始した。その活動ステージは22万年前?6.1万年前の先カルデラ期、6.1万年前?1.55万年前のカルデラ形成期、1.55万年前?現在の後カルデラ期に分けられる。

22万年前から6.1万年前の先カルデラ期は、安山岩の溶岩流や軽石・スコリアを噴出した。

約10万年前からマグマの噴出量が増加し、約6.1万年前の噴火エピソードQ（奥瀬火砕流, 4.76 DRE km3以上)から低頻度で、流紋岩の大規模な火砕流を伴うカルデラ形成期となった。この活動期のうち、約3.6万年前の噴火エピソードNと(大不動火砕流, 17.87 DRE km3)、約1.55万年前の噴火エピソードL(八戸火砕流, 20.34 DRE km3)は特に規模の大きな噴火で、大不動火砕流や八戸火砕流は現在の青森市街まで到達している[14]。

噴火エピソードLから現在は後カルデラ期と定義されている。この後カルデラ期では、カルデラ形成期と比べると噴火の発生が高頻度で、1イベントの噴出量が数km3DRE以下の活動となっており、デイサイトのプリニー式噴火・溶岩ドーム形成が主となっている[15]。

約1万年前に十和田カルデラの東南部で噴火によってカルデラ内部に五色岩（または五色台）火山が形成された[注釈 1]。五色岩火山は初期に玄武岩を噴出し山体を成長させた。その後、安山岩・デイサイトを経て流紋岩を噴出するようになった。それに伴い爆発的噴火が多発し火口を拡大していった。そして、約6200年前の噴火エピソードC(中掫軽石, 2.52 DRE km3)で火口壁が崩壊し第一カルデラの湖水が火口に流入した。これにより中湖ができたと考えられている。
有史以降

915年（延喜15年）、大噴火(噴火エピソードA)を起こした。マグマ噴出量は2.1 DRE km3[16]。火山爆発指数はVEI5。この際に御倉山溶岩ドームが形成された。この噴火は過去2000年間、日本国内で起きた最大規模の噴火であったと見られる[17]。この噴火を直接記録した文献記録は現地では見つかっていないとされている[17]。京都で著された『扶桑略記』には朝日に輝きがなく月のようだったという記録がある[8]。

この噴火により大規模な火砕流（毛馬内火砕流）が生じ周囲20 kmを焼払った[17]。噴出物（主に火山灰）は東北地方一帯を広く覆い、甚大な被害をもたらしたと推定される。十和田火山の噴出物は通常偏西風に乗り十和田湖の東側に流れるが、この年の噴火では十和田湖の西側に流れている。これは夏のこの地方の気象現象であるやませが原因であると考えられている[18]。東の三本木原は昔の十和田火山の噴出物でできているが、やませのため西側に降下した噴出物はラハールとなって米代川を流れ下り、流域の人家を埋没させた。胡桃舘遺跡は、この折に埋没した住居の跡である。これら大災害を人々は三湖伝説として語り継いだと考えられている。一方で、噴出物により広大な砂地が形成された結果、人々の居住に適した環境が整い居住者の増加に影響を与えた[19]と考える研究者もいる。
常時観測火山

2016年12月1日より十和田は気象庁の常時観測火山に指定された[20]。
湖と環境
水質

かつて十和田湖西岸には17世紀中頃に発見された鉛山鉱山と十輪田鉱山があり、鉛や亜鉛、銅を産出していた。この廃鉱山からの流入水は現在も湖水の亜鉛含有量に影響を与えていると考えられる[21]。
生物

十和田湖周辺は冷温帯林（ブナ林）や亜寒帯林（ダケカンバ林）が広がり、クマタカやイヌワシ、ツキノワグマといった野生動物や森林性の野鳥（シジュウカラ、ゴジュウカラ、アカゲラ、コゲラなど）が生息する。水鳥（ホシハジロ、キンクロハジロ、ホオジロガモ、カイツブリなど）も飛来する[22]。

これら鳥獣の生息が重要であることから、国指定十和田鳥獣保護区（大規模生息地）に指定されている（面積37,674 ha、うち特別保護地区19,366 ha）。

2008年4月、同湖で死んだハクチョウ3羽と衰弱したハクチョウ1羽が見つかった。同月23日簡易検査で鳥インフルエンザと推定されたため、同月27日動物衛生研究所（茨城県つくば市）で再検査したところ鳥インフルエンザウイルス強毒性のH5N1亜型が検出されたと秋田県と環境省が同月28日に発表した。
生息魚介類

火山火口にできたカルデラ湖であるため、人間が魚の放流を開始する以前に生息していた魚介類はサワガニのみと考えられている。従って、現在生息している魚類の全てが人為放流された物である[23]。記録に残る最初の放流は、1855年のイワナとされている[23]。1960年代に行われた調査では、下記が確認されている。

魚類：ヒメマス、ニジマス、イワナ、サクラマス、コイ、フナ、ウナギ、カジカ、ヨシノボリ、ワカサギ

サクラマスは奥入瀬川の銚子大滝に作られた魚道を通って天然魚が遡上して定着したが、「ヒメマスが捕食され繁殖を阻害する」との理由で魚道は破壊された。現在生息しているサクラマスは、その時に湖中に残された個体の子孫と考えられる[24]。

ニジマスは、1900年と1919年に日光の中禅寺湖から移入された[23]。

ウグイ、アユは定着に失敗した。


甲殻類：スジエビ、サワガニ

スジエビは、1905年に八郎潟から移植され定着した[25]。

十和田湖湖畔の食堂のメニュー ヒメマスの塩焼き

ヒメマスなどは漁業や釣りの対象となっている[26]。
ヒメマス養殖

1903年に和井内貞行らによりヒメマスの最初の放流が行われた。十和田湖へのヒメマスの定着以降は、本州各地の湖への移植用卵及び稚魚の供給源として中禅寺湖とともに重要な位置を占めている。1960年或いは1967年の調査で、流入河川ではなく湖底に産卵床を形成し産卵していることが確認されている。また、1975年と1976年に行われた調査では「漁獲魚のほとんどが放流魚の可能性が高い」との結果が得られたが、1945年前後は放流が全くなかったにも拘わらず、相当量の産卵が行われていた時期もある[27]。湖畔の秋田県側の小坂町の生出（通称：和井内）地区には、ヒメマスの孵化場がある。
歴史
歴史

十和田湖にはマタギ（猟師）にまつわる伝説もあるほか、湖畔の中山半島にある十和田神社は坂上田村麻呂が平安時代初期の大同2年（807年）に創建したとの説もある[28]。

十和田神社は中世に山伏が修行し、江戸時代には南部藩の霊場となっていた[29]。それは、三湖伝説で語られる南祖坊（なんそのぼう）が、湖の主であった八郎太郎を追い出し、龍神に姿を変え湖の主として十和田湖に身を沈め青龍権現となったとされ、十和田湖はその青龍権現を祀る神仏習合の霊山として、近畿の熊野権現や関東の日光東照宮に比すべき北東北最大の山岳霊場であった[30]。