古有“沙井”之称，在城南７公里鸣沙山北麓。东西长218米，南北宽54米，平均水深５米左右。泉形逼肖月牙，涟漪萦回。泉内生长有眼子草和轮藻植物，南岸有茂密的芦苇，四周被流沙环抱，虽遇强风而泉不为沙所掩盖。因“泉映月而无尘”、“亘古沙不填泉，泉不涸竭”而成为奇观。相传泉内生长有铁背鱼、七星草，专医疑难杂症，食之可长生不老，故又有“药泉”之称。 

    据说，月牙泉早在汉代就是游览胜地。唐代这里有船舸，泉边庙宇。泉南岸原有一组古朴雅肃、错落有致的建筑群，从东向西计有娘娘殿、龙王宫、菩萨殿、药王洞、雷神台等百余间。各主要殿宇有彩塑百尊以上，所绘壁画数百幅。重要殿堂均悬置匾额、碑刻，如“第一泉”、“别有天地”、“半规泉”、“势接昆仑”、“掌握乾坤”等，书法雅俊，堪称上品。当时这里亭台楼阁，庙貌辉煌，宫厅柱廊，临水而设。林木蓊郁，泉光与山色相映，古刹神庙，绕以常年香火。历代骚客游玩，吟诗咏赋，挥毫者不乏其人。史载，汉元鼎四年（前１１３年），汉武帝得天马于渥洼池中，后人疑月牙泉即汉渥洼池，遂立一石碑曰“汉渥洼池”。“四面风沙飞野马，一潭之影幻游龙”。由是，奇特的月牙泉更增添了传奇色彩。