月牙泉的形成原因有多種猜測，第一種是：原始風蝕窪地隨風蝕作用的加劇，當達到潛水面深度時，在新月形沙丘內灣形成泉湖。由於環繞月牙泉的沙山南北高，中間低，風力作用下的沙子總是沿山樑和沙面向上卷，因而沙子不會刮到泉裏，這才形成沙泉共存的奇景。二是：有人認為認為月牙泉南側有一東西向的斷層，斷層上盤抬高了地下含水層，下盤降到附近潛水面時，潛流通出成泉。
月牙泉早在漢代就是遊覽勝地。唐代有船舸，泉邊廟宇。泉南岸原有一組古樸雅肅、錯落有致的建築羣，從東向西計有娘娘殿、龍王宮、菩薩殿、藥王洞、雷神台等百餘間。各主要殿宇有彩塑百尊以上，所繪壁畫數百幅。
月牙泉是敦煌諸多自然景觀中的佼佼者，古往今來以“沙漠奇觀”著稱於世，被譽為“塞外風光之一絕”。
鳴沙山月牙泉景區位於敦煌市城南5公里，規劃面積212.86平方公里,風景名勝區面積76.82平方公里，核心區域面積12.79平方公里。
