关于月牙泉、鸣沙山的形成还有一个故事：
从前，这里没有鸣沙山也没有月牙泉，而有一座雷音寺。有一年四月初八，寺里举行一年一度的浴佛节，善男信女都在寺里烧香敬佛，顶礼膜拜。当佛事活动进行到“洒圣水”时，住持方丈端出一碗雷音寺祖传圣水，放在寺庙门前。忽听一位外道术士大声挑战，要与住持方丈斗法比高低。
只见术士挥剑作法，口中念念有词，霎时间，天昏地暗，狂风大作，黄沙铺天盖地地而来，把雷音寺埋在沙底。奇怪的是寺庙门前那碗圣水却安然无恙，还放在原地，术士又使出浑身法术往碗内填沙，但任凭妖术多大，碗内始终不进一颗沙粒。直至碗周围形成一座沙山，圣水碗还是安然如故。
术士无奈，只好悻悻离去。刚走了几步，忽听轰隆一声，那碗圣水半边倾斜变成一弯清泉，术士变成一滩黑色顽石。原来这碗圣水本是佛祖释迦牟尼赐予雷音寺住持，世代相传，专为人们消病除灾的，故称“圣水”。由于外道术士作孽残害生灵，便显灵惩罚，使碗倾泉涌，形成了月牙泉。
形成原因
今人对月牙泉起源的解释有四种：
一曰古河道残留湖。认为月牙泉是附近党河的一段古河道，很久以前，党河改道，大部分古河道被流沙淹没，仅月牙泉一段地势较低，由于地下潜流出露，汇集成湖。湖水不断得到地下潜流的补给，因而不会枯竭。20世纪50年代测量，月牙泉水面东西长218米，南北最宽处54米，平均水深5米，最深处7米有余。
二曰断层渗泉。认为月牙泉南侧有一东西向的断层，断层上盘抬高了地下含水层，下盘降到附近潜水面时，潜流通出成泉。
三曰风蚀湖。即原始风蚀洼地随风蚀作用的加剧，当达到潜水面深度时，在新月形沙丘内湾形成泉湖。由于环绕月牙泉的沙山南北高，中间低，自东吹进环山洼地风会向上方走，风力作用下的沙子总是沿山梁和沙面向上卷，因而沙子不会刮到泉里，沙山也总保持似脊似刃的形状，这才形成沙泉共存的奇景。
四曰人工挖掘。认为月牙泉形状与半轮新月惟妙惟肖，好似人工刻意修饰的结果，加之古籍中有“沙井”的记载，既然称井必须是人力劳作的结果。
别名来源
这是源于一个传说，当年唐三藏去西天取经，途径敦煌，因为是无际的沙漠，没有水没有食物，白龙马已经死了(当地有白马塔就是安葬白龙马的地方)，唐僧艰难跋涉，终于也快要倒下了，此时正被观世音菩萨看在眼里，为了祝他成功，所以从紫金瓶里滴下一滴金水，瞬间在茫茫沙漠里出现一汪月牙似的清泉，而且泉里还有一种叫“七星草”，可以治百病，后此泉得名“月牙泉”，于是唐僧获救了，便继续向西天前进，月牙泉也一直存留了下来直到今天。
