Советскую делегацию возглавлял Иосиф Сталин, американскую - Франклин Рузвельт, английскую - Уинстон Черчилль. Участвовали народный комиссар иностранных дел СССР Вячеслав Молотов, государственный секретарь США Эдвард Стеттиниус, министр иностранных дел Великобритании Энтони Иден, а также начальники генеральных штабов и советники стран-участниц конференции.
Впервые вопрос о встрече на высшем уровне был поднят Рузвельтом и Черчиллем в июле 1944 г. Окончательная дата и место встречи были определены в дальнейшей переписке руководителей трех держав. Выдвижение Рузвельтом своей кандидатуры на новый президентский срок, его участие в избирательной кампании и вступление в должность делали невозможным открытие конференции раньше начала февраля 1945 г.
В качестве места встречи президент США предлагал Северную Шотландию, Кипр, Афины или Мальту, премьер-министр Великобритании – Александрию или Иерусалим. Иосиф Сталин энергично отстаивал свое предложение: южный берег Крыма, и в итоге ему удалось убедить союзников в том, что советское правительство в состоянии обеспечить полную безопасность проведения конференции.
Ливадийский дворец, ставший местом проведения официальных заседаний, в период работы конференции являлся также резиденцией президента США Рузвельта и других членов американской делегации. Делегация Великобритании была размещена в Воронцовском дворце в Алупке. Советская делегация во главе со Сталиным – в Юсуповском дворце в Кореизе.
Конференция получила кодовое наименование "Аргонавт". Основной формой ее работы были заседания глав правительств. Министры собирались на свои совещания поочередно в каждом из дворцов, занимаемых делегациями. Происходили также беседы между главами правительств и министрами иностранных дел вне основного формата "на полях" конференции.
В Коммюнике конференции была сформулирована единая политика СССР, США и Великобритании в отношении послевоенного статута Германии. Было решено, что вооруженные силы трех держав после полного разгрома оккупируют Германию и займут определенные ее части (зоны).
Предусматривалось также создание союзнической администрации, осуществление контроля ситуации в стране через специально создаваемый орган, который возглавят главнокомандующие трех держав, с местом пребывания в Берлине. При этом предполагалось пригласить Францию в качестве четвертого члена этого контрольного органа, чтобы она взяла на себя одну из зон оккупации.
На Крымской конференции союзные державы согласовали совместные военные мероприятия по окончательному разгрому вооруженных сил нацистской Германии, определили свое отношение к Германии после ее безоговорочной капитуляции и наметили основные принципы общей политики в отношении послевоенной организации мира.
Лидеры союзных держав торжественно заявили: "Нашей непреклонной целью является уничтожение германского милитаризма и нацизма и создание гарантии в том, что Германия никогда больше не будет в состоянии нарушить мир всего мира".
Конференция приняла решение по репарационному вопросу. Она признала необходимым обязать Германию возместить союзным странам причиненный ею ущерб в "максимально возможной мере" путем натуральных поставок. Определение размеров репараций и способов их взыскания возлагалось на специальную комиссию по возмещению убытков, которая должна была работать в Москве.
Участники конференции приняли "Декларацию об освобожденной Европе", в которой союзные державы заявили о стремлении согласовывать свои действия при решении политических и экономических проблем освобожденной Европы.
Важнейшим на Крымской конференции стал вопрос о создании Организации Объединенных Наций. Соглашение о процедуре голосования в Совете Безопасности ("Ялтинская формула") учитывало отстаиваемый советской делегацией принцип единогласия постоянных членов Совета при вынесении решений по всем вопросам, касающимся обеспечения мира и безопасности. В принятом в Ялте коммюнике подчеркивалось, что Организация Объединенных Наций будет играть важную роль "как для предупреждения агрессии, так и для устранения политических, экономических и социальных причин войны путем тесного и постоянного сотрудничества всех миролюбивых народов".
В Ялте союзные державы подтвердили свое желание видеть Польшу сильной, свободной, независимой и демократической и гарантировать ее безопасность. В результате решений, принятых в Ялте и позднее в Потсдаме, Польша получила существенное приращение своей территории на севере и на западе.
По вопросу о Югославии конференция приняла ряд рекомендаций в отношении образования Временного объединенного правительства из представителей Национального комитета освобождения Югославии и эмигрантского королевского правительства в Лондоне, а также создания Временного парламента на основе Антифашистского веча народного освобождения Югославии.
На Крымской конференции Советский Союз взял на себя обязательство вступить в войну против Японии через два-три месяца после окончания войны в Европе. При этом были выставлены следующие условия: сохранение статуса Внешней Монголии (Монгольской Народной Республики); восстановление принадлежащих России прав, нарушенных вероломным нападением Японии в 1904 году, в том числе возвращение Советскому Союзу южной части острова Сахалин и всех прилегающих к нему островов; передача Советскому Союзу Курильских островов. Руководители трех великих держав согласились, что эти условия Советского Союза "должны быть безусловно удовлетворены после победы над Японией".
Были также подписаны двусторонние соглашения, определявшие порядок обращения с военнопленными и гражданскими лицами государств — участников соглашений в случае их освобождения войсками стран-союзниц, а также условия их репатриации. Было достигнуто соглашение о создании постоянного механизма для консультации между министрами иностранных дел трех великих держав.
Крымская конференция 1945 года заложила основы послевоенного миропорядка просуществовавшего почти всю вторую половину XX века, а некоторые его элементы, такие как ООН, существуют и поныне.