月牙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。鸣沙山和月牙泉是大漠戈壁中一对孪生姐妹，“山以灵而故鸣，水以神而益秀”。有“鸣沙山怡性，月牙泉洗心”之感。
月牙泉是敦煌诸多自然景观中的佼佼者，古往今来以“沙漠奇观”著称于世，被誉为“塞外风光之一绝”。月牙泉、莫高窟九层楼和莫高窟艺术景观融为一体，是敦煌城南一脉相连的“三大奇迹”，成为中国乃至世界人民向往的旅游胜地。
月牙泉早在汉代就是游览胜地。唐代有船舸，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。
月牙泉的周围是高高的沙山，中间有一个形似月牙的小湖。鸣沙山在晴天或有人从山上滑下时会发出声响，所以叫鸣沙山，这里还有一个奇特的现象，因为地势的关系刮风时沙子不往山下走，而是从山下往山上流动，所以月牙泉永远不会被沙子埋没，被称为沙漠奇观。
