古居延海由東、西居延海和天鵝湖三部分組成，額濟納河，又稱黑水、
黑河，自
甘肅省
張掖（古稱
甘州）往北流，改稱弱水，至上流青山頭再分成兩條支流；西為穆林河，注入西居延澤（嘎順諾爾）；東為納林河，注入東居延澤（索果諾爾），在豐水期時居延海合成一湖。與
蒙古族土爾扈特部世代相伴。居延海總面積約720平方公里，飛鳥棲息，波光粼粼，“鴨浮綠波、碧水青天”，早在漢代這里就有了農墾的歷史，漢太初三年（前102年）
路博德築城於居延澤上，漢朝大將軍
霍去病的軍隊出北地自
靈武（今
寧夏銀川西北）渡河，翻越
賀蘭山、穿越浚稽山沙地（今巴丹吉林大沙漠），飲馬於居延海。至今兩岸古蹟甚多，古
西夏建有喀喇浩特（即黑水城），傍居延海而建，並設置了“黑水鎮燕軍司”，
元代擴建此城，設置“亦集乃路總管府”，“亦集乃”
漢語譯為“黑城”。唐代
詩人王維更是寫下《塞上作》一詩：“居延城外獵天驕，白草連天野火燒，暮雲空磧時驅馬，秋日平原好射雕。”
宋朝末年河水改道，古居延海逐漸消失，元代分為哈班、哈巴、喇失三海子。
20世紀50年代，西居延海面積約為267平方公里，東居延海面積約35平方公里。
