居延海位于内蒙古自治区额济纳旗北部，汉代称“居延泽”，后也称“西海”，唐代以来一直称“居延海”。是穿越巴丹吉林沙漠和大戈壁通往漠北的重要通道。

古居延海由东和西居延海组成，额济纳河，又称黑水、黑河，自甘肃省张掖往北流，改称弱水，至上流青山头再分成两条支流；西为穆林河，注入西居延泽（嘎顺诺尔）；东为纳林河，注入东居延泽（索果诺尔），在丰水期时居延海合成一湖。与蒙古族土尔扈特部世代相伴。宋朝末年河水改道，古居延海逐渐消失，元代分为哈班、哈巴、喇失三海子。20世纪50年代，西居延海面积约为267平方公里，东居延海面积约35平方公里。

该地区年蒸发量约3000毫米，而降雨量不足40毫米，因黑河上游过度开荒造田，截留蓄水灌溉，20世纪后期居延海曾几度干涸，1961年西居延海干涸，1992年东居延海干涸，造成胡杨林、沙枣林、红柳林、芦苇、芨芨草等优质牧草大面积死亡，生态环境急剧恶化，成为沙尘暴的发源地之一。2000年起，国务院作出额济纳河跨流域调水的决定，目前每年都有数亿立方米的河水流向下游。从2002年起，每年有数千万立方米流入居延海。到2005年，随着季节不同，已经形成几十至十几平方公里的水面。目前该地区生态有好转趋向，古老的居延海重现新貌。