水洞沟遗址是三万年前古人类繁衍生息的圣地。1923年，法国古生物学家德日进、桑志华在这里发现了史前文化遗址，通过发掘，出土了大量石器和动物化石，水洞沟因此而成为我国最早发现旧石器时代的古人类文化遗址，1988年被国务院公布为“全国重点文物保护单位”，被誉为“中国史前考古的发祥地”。东西方文化交流的见证，具有“世界性”、“唯一性”、“教育性”。
水洞沟遗址记录了远古人类繁衍生息，同大自然搏斗的历史见证，蕴藏着丰富而珍贵的史前资料。它向人们展示了距今三万年前古人类的生存画卷，是迄今为止我国在黄河地区唯一经过正式发掘的旧石器时代遗址。80多年来，经过六次考古发掘，在水洞沟出土了三万多件石器和67件古动物化石。其中构成水洞沟文化基础的一些石制品、工具及石器制作修理技术，可以和欧洲、西亚、北非的莫斯特、奥瑞纳时期人类栖居地的石器相媲美。尤其出土的大量勒瓦娄哇石核，与欧洲相当古老的奥瑞纳文化的形状接近。对这种地区相隔遥远，文化雷同的现象，外国著名考古专家认为是人类“大距离迁徙的同化影响”。水洞沟遗址所代表的文化，在阐述区域性石器技术传统的成因、远古文化的发掘和变异，以及晚更新人类在东北亚的迁移，扩散和交流具有重要地位，对三万多年前东西文化的比较研究具有十分重要的意义。
水洞沟地区又是我国北方明代古长城、烽燧、城堡、沟堑、墩台等军事防御建筑大观园。保护区内，蜿蜒东去的长城、高台耸立的墩堠、古朴神秘的城堡、曲折幽深的沟堑令人目不暇接，令人遥想当年“甲士拥矛驰战垒，将军拔剑逐胡兵”的壮烈场面。
水洞沟地处鄂尔多斯台地南缘，大自然造就的雅丹地貌，使这里充满了雄浑、奇特的荒谷神韵，经历了千万年的风沙雕蚀，这里集中了魔鬼城、卧驼岭、摩天崖、断云谷、怪柳沟等二十多处土林奇绝景观，使人望而生奇，大有地老天荒、旷古玄远之叹。