居延海，是中国第二大内陆河黑河的尾闾湖，位于内蒙古自治区阿拉善盟额济纳旗北部（东经101°12′~101°19′，北纬42°10′~42°20′），是黑河水系的尾闾湖，发源于祁连山，长达800余千米，平均水深约为2.1米。流经甘肃高台、金塔等县，穿正义峡河西走廊北山后进入内蒙古境内，到巴彦宝格德分水闸分为东、西两股水流。

居延海在中—新生代断陷盆地基础上经积水形成，其演变经历了由大到小、由湖湾、潟湖封闭成内陆湖泊的过程，湖面最大时达2600平方千米，秦汉时期尚有726平方千米。

1世纪受黑河水系东移变迁及上游农田灌溉截流等影响，湖面萎缩为东、西两个湖泊，古居延城消失。

居延海位于内蒙古自治区阿拉善盟额济纳旗北部（东经101°12′~101°19′，北纬42°10′~42°20′），是黑河水系的尾闾湖，发源于祁连山，长达800余千米，平均水深约为2.1米。

居延海出山后经甘肃高台、金塔等县，穿正义峡河西走廊北山后进入内蒙古境内，到巴彦宝格德分水闸分为东、西两股水流。

东居延海又名索果诺尔、东海子。清雍正年间因土尔扈特人在湖中发现水獭而得名，索果诺尔系蒙语，意为有水獭的湖泊。民国十六年（1927年）实测最大水深4.12米，民国二十二年（1933年）湖面比民国十九年（1930年）略大，注入湖泊的支流有3条，湖水微咸。

民国三十三年（1944年）东河干枯后该湖近乎干涸，20世纪50年代初东河恢复流水，湖水一度增加。1958年水位1060.00米，长8.5千米，最大宽5.8千米，平均宽4.1千米，面积35.0平方千米，平均水深2.0米，蓄水量0.70×108立方米，当时岸边芦苇茂密，湖中草场优良，有鲫鱼、蒙鳅两种鱼，1959年捕鱼167.6吨，鲫鱼占90%，蒙鳅占10%。后因水质恶化，鲫鱼大量死亡，失去渔业开发利用价值。1961—1962年连续枯水，补给水量大减，1963年湖泊干涸，嗣后1973、1984、1986年均出现干涸现象，20世纪80年代初湖水面积恢复到23.6平方千米，1982年测得最大水深1.8米，1994年夏再次考察时湖泊又干涸。

西居延海又名嘎顺诺尔、西海子和苦海，嘎顺诺尔系蒙语，意为苦海，湖水苦咸。

民国十七年（1928年）冬，实测最大水深2.0米，民国二十一年（1932年）面积约190.0平方千米，1958年增至267.0平方千米，平均水深2.0米，蓄水量5.34×108立方米，1960年面积又缩至213.0平方千米。1961年秋湖泊干涸，湖床龟裂成盐壳，盐类矿床主要是芒硝、石盐，其中芒硝厚0.3米，石盐厚0.15—0.20米，属硫酸钠亚型盐湖。

居延海湖水主要依赖南部祁连山区的降水和冰雪融水补给。

下游又分叉众多，形成两个扇形冲积扇。西河终端入西居延海，东河终端入东居延海，东河在狼心山以北60—70千米处分成两支，一支形成黑城—古居城三角洲，终端注入古居延泽。20世纪50年代弱水下游除6月断流外其余月不断流；20世纪60年代黑河主要支流上兴建水库，黑河下泄水量受控制，加上中游农业发展，灌溉和拦蓄水量剧增，弱水水量锐减，之后常断流。民国十六年（1927年）—民国二十一年（1932年），东河为下游主要河道，1954年东河被堵后上游来水均流入西河，民国三十三年（1944年）—1951年东河干涸，1952年建东、西河分水坝，1979年建分水闸，此后东、西河水量大致按8:2比例分配。1960年后上游来水减少，西河无水，东河水量虽相对稳定但也呈减少趋势。

居延海在解放后已干涸多次，周边众多风蚀沙丘矗立，紧挨沙漠戈壁区，极端天气频发，是中国西北地区多现沙尘暴的原因之一。自2002年引黑河水补给居延海后，自此至今未见干涸。

居延海湖区属温带大陆性干旱气候，年均气温8.0℃，1月平均气温-11.7℃，极端最低气温-37.6℃（1966年2月6日），7月平均气温26.1℃，极端最高气温42.2℃（1980年7月21日）。多年平均日照时数3087.7小时，无霜期130天。受极端干旱区气候影响，常年降雨稀少，风沙天气较多，夏季炎热，水体蒸发量高，冬季严寒，冰层厚度大。年平均降水量约为34.5毫米，年平均水面蒸发量高达1526.6毫米。年平均风速4.2米/秒，最大风速24.0米/秒，盛行西北风。

先秦时，居延海被称为“流沙”或“弱水流沙”，据有关史料记载：流沙出于禹贡，本指居延。而司马彪续汉书郡国志云“居延有居延泽，古流沙”。

晋地理志亦云居延为流沙。

水经注且证实其形说流沙地在张掖居延县东北。并注明居延泽在其县故城东北，尚书上所说的流沙，也就是居延泽，曰：“形如月生五日”。秦汉以后称“居延”。

“居延”一词，为匈奴语幽隐之意。有的学者认为，这是匈奴语的“天池”或说是北方天帝皇帝母亲“祁野”二字的谐音。也有的认为因古代“居延”人居住于此而得名。

自2000年起，中国开始对黑河干流实施水资源统一调度和管理。

2002年7月17日17时，经过调度的黑河水首次到达河流尾闾———内蒙古自治区额济纳旗东居延海，总入湖水量2350万立方米，东居延海最大水域面积达到23.66平方千米。此后，黑河水又连续6次进入东居延海。2004年9月24日16时28分，黑河进入干涸达43年之久的西居延海，累计入湖水量约2723万立方米。

2002年以来，黑河水已被7次调水进入东居延海，1次调水进入西居延海，创造了干旱地区人工调水奇迹。随着黑河水的调入，东、西居延海周边地区地下水位回升，植被明显恢复，因黑河多年断流造成的下游地区生态恶化趋势得到初步遏制。内蒙古额济纳旗水务局观测资料表明，2004年水量调度使黑河下游东河地区地下水位明显回升，最高达0.5米，平均抬升0.08米左右，西河地区地下水位基本保持平衡，地下水位下降趋势被整体遏制。

随着连年补水，东居延海在2004年8月20日以来，已连续800多天没有出现干涸现象。

2017年10月22日，东居延海面积达到66.3平方千米，已成为近一百年来最大面积，生态出现不断向好迹象。

截至2024年，东居延海湿地环境明显改善，居延海湿地区域内生物多样性明显增多，分布动植物达200余种，候鸟高峰期数量更是高达10万多只。芦苇等水生植被面积从最初的1000亩扩展至如今的3万亩左右。