Valreformsällskapet attackerade båda sidor av folkomröstningskampanjen och sade att människor kände sig "oinformerade" av den "svåra" debatten.
Samhället sade att de politiska ledarnas inflytande hade varit "minimalt".
Det efterlyste en "rot och gren" översyn av hur folkomröstningar genomförs.
Bland de rekommendationer som samhället lägger fram i sin rapport ingår bland annat att låta ett offentligt organ ingripa när "missledande" påståenden görs genom kampanjer, granska programföretagens roll och publicera en "regelbok" för att styra genomförandet av kampanjer.
De föreslår också att framtida folkomröstningar ska ha en garanterad sex månaders officiell kampanj och att medborgarskapsutbildningen ska utökas i skolor med rösträttsåldern reducerad till 16 år.
Förenade kungariket röstade för att lämna EU den 23 juni med 51,9 % till 48,1 %.
Den dåvarande premiärministern David Cameron och regeringen stödde en Remain-omröstning, medan kampanjen Leave leddes av f.d. borgmästare i London Boris Johnson, som nu är utrikesminister.
Valreformsällskapet, som kampanjer för "demokratiska reformer", sade sina val visade att Cameron och andra politiska "stora djur" hade misslyckats med att övertyga allmänheten.
På frågan om åtta framstående politiker sa de flesta att de inte hade någon effekt på hur de röstade.
De enda högprofilerade siffror som, enligt undersökningen, övertalade fler väljare till sin ståndpunkt än drev dem att rösta åt andra hållet var Boris Johnson, Nigel Farage och USA:s presidentkandidat Donald Trump, som stödde Brexit.
"Bortsett från allt, vad dessa siffror säger oss är att människor hade i stort sett förlorat tron på etablerade politiska personer som opinionsledare - utom där dessa siffror kan sägas sparka mot etablissemanget", sade samhället.
Det sades att väljarna hade betraktat båda sidor som alltmer negativa, och många "helt enkelt inte litade på" deras huvudanspråk. Dessa inkluderade Remain säger att hushåll skulle vara i genomsnitt Â £ 4300 per år sämre utanför EU och lämna hävdar en extra Â £ 350 miljoner i veckan skulle kunna spenderas på NHS.
Regeringens kontroversiella post-shot till varje hushåll i Storbritannien hade "liten effekt på människors nivåer av information", sade man, och mot slutet av kampanjen nästan hälften av väljarna trodde politiker var "mest talande lögner".
Samhället sade att EU-debatten stod i "stark kontrast" till 2014 års folkomröstning om skotskt oberoende, som det sade hade varit ett "vibrerande, välinformerat, gräsrotssamtal som lämnade ett bestående arv av pågående offentligt deltagande i politik och det offentliga livet".
Samhällets verkställande direktör Katie Ghose sade: " Denna rapport visar utan en skugga av tvivel hur hemsk EU:s folkomröstningsdebatt verkligen var.
"Det fanns uppenbara demokratiska brister i upptakten till omröstningen, och allmänheten kände sig fullständigt dåligt informerad. Båda sidor betraktades som mycket negativa av väljarna, medan debattens top-down personlighetsbaserade karaktär misslyckades med att ta itu med viktiga politiska frågor och frågor, vilket lämnade allmänheten i mörkret."
På plussidan sade samhället att det hade hört "gång på gång" från människor som kände folkomröstningen var första gången deras röst "hade verkligen räknat".
Men det sades att det fanns "allvarliga frågor" att ställa om platsen för folkomröstningar i politiken, inklusive hur de sitter vid sidan av det parlamentariska systemet och hur man kan garantera en debatt av "hög kvalitet".
Christa Ghose tillade: "Nu när dammet börjar lugna sig efter EU:s folkomröstning behöver vi en fullständig omprövning av folkomröstningarnas roll i Förenade kungariket. De blir allt vanligare, men hur, när och varför de görs betyder att vi helt enkelt skulle kunna hoppa från folkomröstning till folkomröstning på politikers nycker."
BMG Research tillfrågade över 1 000 vuxna i Storbritannien varje månad från februari till slutet av kampanjen för valreformsällskapets rapport.
Kabinettet sade: "Det brittiska folket talade beslutsamt vid folkomröstningen, med ett av de högsta valdeltagandena av alla röster som setts i en brittisk opinionsundersökning i en generation.
"De röstade för att lämna Europeiska unionen - och denna regering kommer att verkställa folkets dom."
EU:s folkomröstningskampanj präglades av "blixtrande demokratiska brister" där väljarna stängdes av av politiker med stort namn och negativa kampanjer, sägs det i en rapport.