האירופאי הראשון שחצה את מדבר החול הגדול היה פיטר וורברטון. הוא עזב באפריל 1873 את העיירה אליס ספרינגס והגיע לחוות דה-גריי בינואר 1874. וורברטון הגיע למקום יישוב במצב של תת-תזונה וכשהוא עיוור בעין אחת. הוא ייחס את ההישרדות שלו במדבר לבין לווייתו האבוריג'יני.
מדבר החול מכיל בתוכו ערגים גדולים בדומה למדבר סהרה, שמתאפיינים לעיתים קרובות בדיונות ארוכות. בצפון מזרח המדבר ישנו מכתש ידוע שנוצר מפגיעת מטאוריט. את המדבר חוצה שביל סטוק-קנינג.
משקעים וטמפרטורות
בדומה למדבריות אחרים באוסטרליה, כמות המשקעים היא גבוהה יחסית בהשוואה למדבריות במקומות אחרים בעולם, כשבאזורים היבשים ביותר יורד קצת מתחת ל-250 מ"מ. שיעור האידוי המסיבי של המדבר גורם לו להיות דומה למדברות אחרים למרות רמות המשקעים הגבוהות. שיעור הגשמים נמוך למדי לאורך החוף הצפוני המרוחק וגם שם הוא מוגבל מאוד לעונות מסוימות. אזורים שליד קימברלי בעלי כמות משקעים ממוצעת העולה על 300 מ"מ, אבל לעיתים קרובות כמות המשקעים אינה סדירה. בשנות בצורת רבות העונה היבשה מסתיימת על ידי סופות מונסון או ציקלון טרופי. בכל שנה בממוצע יש 20–40 סופות ברקים.
הטמפרטורות בשעות היום בקיץ הם מן החמים שבאוסטרליה. אפילו בגבול הצפוני של המדבר (ליד קימברלי) שנחשב לסוף התחום שלו, הטמפרטורה היומית הממוצעת היא בסביבות 37 עד 38 מעלות. באזורים דרומיים יותר הטמפרטורה הממוצעת היא 38 עד 42 מעלות, למעט כאשר יש ענני מונסון. מספר נהגים מתו באזור לאחר שרכבם התקלקל באמצע המדבר. העונה החורפית קצרה ואף היא בעלת טמפרטורות גבוהות למדי: בין 25 ל-30 מעלות צלזיוס. הטמפרטורה בלילה קרירה יחסית ליום, ובאזורים הגובלים במדבר גיבסון במזרח עשוי להיות לילה אחד או שניים של כפור מדי שנה.
האזור מאוכלס בדלילות. האוכלוסיות האנושיות העיקריות כוללות שבטי אבוריג'ינים, ועובדי כריית מינרלים. שבטי האבוריג'ינים במדבר מתחלקים לשתי קבוצות עיקריות: ה"מארטו" במערב וה"פינטופי" במזרח. מבחינה לשונית, את השבטים במערב משמשות מספר שפות לתקשורת ביניהם. רבים מהאבוריג'ינים הוצאו בכוח מאדמותיהם במהלך המאה ה-20 לצורך בניית יישובים אירופאים, כמו גם לצורך ניסויי טילים של בריטניה בשנת 1950 בדרום מזרח המדבר. בשנים האחרונות שבו חלק מהשבטים שגורשו לאדמתם.
במדבר החול הגדול ישנן מספר מוקדי תעשייה הגדולים ביותר במרכז היבשת. ישנם מספר רב של מכרות מינרלים שונים, ובנוסף בתחומי המדבר מצוי מכרה הזהב טאלפר שהוא בין מכרות הזהב הגדולים ביבשת. מכרה אורניום מפותח נמצא דרומית למכרה הזהב. במדבר ישנן גם מספר חוות לגידול בקר וכבשים.