Курильское озеро образовалось более 8 тысяч лет назад в результате мощного извержения и последовавшего за ним опускания земной коры. В то время в регионе происходили мощные извержения, пепел от которых находят в толщах почвы Магаданской области и даже в Южной Америке. Ученые считают, что кальдерообразующее извержение у Курильского озера, было самым большим извержением на Камчатке в эпоху голоцена. Извержения сформировали гигантскую котловину-озеро, максимальная глубина которого — 316 метров, что на 200 метров ниже уровня Мирового океана. В Курильское озеро впадает множество рек и ручьев, а вытекает одна река, Озерная
Существует легенда, которая повествует о том, что жившие когда-то здесь люди явились свидетелями катастрофических извержений. Когда-то на месте озера возвышалась высокая гора, такая высокая, что закрывала для соседних гор солнце, тем самым вызывая их негодование и возбуждая частые ссоры. Наконец, они надоели настолько, что «Высокая гора» поднялась и ушла в Охотское море, а на ее месте образовалось озеро, в котором она оставила свое сердце. По следу, оставленному горой, и потекла к морю река Озерная.
Над прохладной гладью озера, температура воды которого за всю историю наблюдений не превышала 10,8 °C, возвышаются лавовые острова вулканического происхождения — Чаячий, Низкий, Сердце Алаида и архипелаг Саманг.