居延海位于内蒙古自治区阿拉善盟额济纳旗北部，形状狭长弯曲，有如新月，额济纳河汇入湖中，是居延海最主要的补给水源。居延是匈奴语，《水经注》中将其译为弱水流沙，在汉代时曾称其为居延泽，魏晋时称之为西海，唐代起称之为居延海，现称天鹅湖。

居延海的湖面因额济纳河的改道而时有变动，自元代以后分为了亦集乃、哈班哈巴儿、塔剌失三个海子（湖泊），清代以来又分成了东部的苏泊诺尔（蒙古语，意思是母鹿湖）和西部的嘎顺诺尔（蒙古语，意思是苦湖）。两湖之间相距约35公里，平均水深1.5米，湖面上碧波荡漾，湖畔芦苇丛生，湖中生长着鲤鱼、鲫鱼、大头鱼、草鱼等鱼类，天鹅、大雁、鹤、水鸭等常来此栖息。

历史上的居延海水量充足，湖畔是美丽的草原，有着肥沃的土地，丰美的水草，是我国最早的农垦区之一，早在汉代就开始了这里的农垦历史。居延海还是穿越巴丹吉林沙漠和大戈壁通往漠北的重要通道，是兵家必争必守之地。《史记·匈奴列传》中记载：“（汉）使强弩都尉路博德筑城居延泽上。”后又在这里设郡立县，南北朝时期柔然占领这里，隋唐时这里属于突厥，宋代时这里在西夏国的统治之下，是当时西夏政治、经济、文化中心之一。

在漫漫黄沙中的这片绿洲上，碧水边，有过许多传说，也曾发生过许多动人的故事。相传，西汉的骠骑将军霍去病、“飞将军”李广，进攻匈奴时都曾在居延泽饮马。据说，在元朝时，意大利人马可波罗也曾到过居延海。而唐代大诗人王维更是曾于湖畔驻足，并写下了著名的《塞上作》一诗：“居延城外猎天骄，白草连天野火烧，暮云空碛时驱马，秋日平原好射雕。”

近年来，因主要补给水源额济纳河注入湖中的水量减少，居延海已逐渐干涸。