A szavazóhelyiségek helyi idő szerint reggel 7 órakor - közép-európai idő szerint reggel 8 órakor - nyitottak, és a 46 millió szavazópolgár 22 óráig adhatja le voksát.
A szavazáson a brit állampolgárok mellett az Ír Köztársaság, illetve a jórészt egykori brit gyarmatok alkotta Nemzetközösség életvitelszerűen Nagy-Britanniában élő nagykorú állampolgárai, valamint a Nagy-Britanniához nem tartozó, de vele együtt az Egyesült Királyságot alkotó Észak-Írország 18 évesnél idősebb lakói vehetnek részt. Szavazhatnak Gibraltár lakói is, az EU-társállamok Nagy-Britanniában élő polgárai ugyanakkor nem.
A szavazólapon egy kérdés és két választási lehetőség szerepel. A kérdés úgy hangzik, hogy "az Egyesült Királyság az Európai Unió tagja maradjon-e, vagy lépjen ki az Európai Unióból?". A kérdés alatt szerepel a két válaszlehetőség.
David Cameron miniszterelnök február 20-án hirdette ki hivatalosan június 23-ára a brit EU-tagság jövőjéről döntő népszavazást.
A referendumról szóló törvény 2017 végéig írta elő a brit EU-tagság jövőjéről szóló népszavazás megtartását, de a brit sajtó már Cameron februári bejelentése előtt gyakorlatilag tényként kezelte azt az értesülést, hogy a referendumot június 23-ára írja majd ki a kormányfő.
A csütörtöki népszavazás végeredményét az előzetes várakozások szerint pénteken kora délelőtt jelentik be. Szakértői becslések szerint azonban helyi idő szerint hajnali 3-4 óra között már viszonylag megbízható képet lehet alkotni a várható eredményről.