Первые исследования озера начались с приходом людей на Байкал. Людям жизненно важно было знать, где больше добыть пищи, где безопаснее построить жильё.
Сведения о Байкале зафиксированы в китайских летописях, написанных в начале нашей эры.
Русские исследовать озеро начали с середины 17 века. Первое литературное описание Байкала дал старообрядец протопоп Аввакум Петров.

Первое научное описание в книге «Путешествие через Сибирь от Тобольска до Нерчинска и границ Китая русского посланника Николая Спафария в 1675 году» дал путешественник Николай Спафарий. Впервые Байкал был изображён на карте в 1667 году в «Чертеже Земли Сибирской».
Целенаправленно Байкал начали изучать после основания Академии наук. В 1723 году по поручению Петра Первого состоялась экспедиция для сбора достоверных данных о природе и населении. Первая гидрографическая карта озера на основании съёмок штурмана Пушкарева была составлена в 70-х годах П.С. Палласом и И.Г. Георги.
В 1896-1902 годах в ходе Гидрографической экспедиции под руководством лейтенанта Ф.К. Дриженко были проведены подводные и астрономические наблюдения, подробные промеры глубин озера.
С середины 20 века Байкал изучался особенно интенсивно. В 1977 и 1991 годах на дно озера опускались произведенные в Канаде по заказу Академии Наук СССР, глубоководные аппараты «Pisces-7» и «Pisces-11», в 1990 году учёные России, Японии и США произвели глубоководное бурение, с 1993 года работает глубоководный нейтринный телескоп NT-200, а в 2008 году было произведено 52 погружения глубоководных обитаемых аппаратов «Мир» (на фото).