Tidak banyak sumber sejarah yang mengungkapkan bagaimana awal terbentuknya danau Buyan. Jika dilihat dari topologinya bisa dipastikan bahwa ketiga danau yang ada yaitu Beratan , Buyan dan Tamblingan merupakan bagian dari sebuah kaldera besar. Daerah ini merupakan puncak gunung berapi yang meletus ribuan atau jutaan tahun silam.

Fakta ini juga didukung dengan adanya potensi panas bumi di sekitar danau ini. Di sebelah selatan danau ini terdapat proyek pengeboran untuk pembangunan pusat listrik tenaga panas bumi (PLTP) yang masih menuai kontraversi. Karena kawasan ini adalah kawasan pegunungan dimana dalam gunung merupakan kawasan suci menurut konsepsi masyarakat Bali.

Dalam perjalanan sejarah, tinggi permukaan air Danau Buyan sempat meluap dan juga sempat surut.  Pada tahun 2006  danau ini surut sampai dengan 1 KM. Penyebab pasti surutnya air danau ini tidak ada yang pasti, ada yang berpendapat karena kemarau yang panjang, karena pola pertanian di sekitarnya, penggundulan hutan dan ada juga yang melihat dari sisi niskala.  

Tahun 2012 danau Buyan meluap cukup tinggi yang menyebabkan beberapa bangunan rumah maupun sekolah terendam. Saat ini walaupun masih musim hujan, ketinggian airnya masih normal. Ini bisa dilihat dari parkir di sebelah pura Ulun Danu Buyan yang sempat tenggelam kini sudah bisa difungsikan kembali.