沙坡头位于中卫市城区西20公里处，南邻黄河，北面是浩瀚的腾格里大沙漠。《元史》称之为“沙陀”。“陀”，意指山之峥嵘险峻，把沙峰比作山峰。一个“陀”字恰如其分地道出了沙坡头沙峰的险峻形势。典籍上的名称还有：沙关、沙山、万斛堆等，均含有沙多、形势险要之义。黄河由西而来，出黑山峡后受名不见经传的双狮山和阎王砭的阻挡，转了一个S型的弯。阎王砭是黄河边的悬崖，沿阎王砭一线向东延伸就是陡峭的沙山。沙坡头高150米，宽约2000米，倾斜角60度，这样巨大的沙丘举世罕有。而沙坡头真正享誉世界是20世纪50年代以后的事，是因为包兰铁路通过了世界罕有的沙坡头大沙丘而蜚声中外。其奇特处有三：一是“响沙”；二是青龙与黄龙交汇的地方；三是驰名于世的治沙工程。
每当天空晴朗、红日当空、气温升高、沙子烁热之时，游人从沙顶往下滑，百米沙山悬若飞瀑，人乘沙流，如从天降，其时便会听到沙坡内发出一种奇异的“嗡……嗡……”的金钟余音，若雷之隐隐、若车之辚辚，更像是一阵低沉的钟鸣从地底下嗡嗡响起，悠扬洪亮、动人心魄。故有“沙坡鸣钟”这一传世胜景之名。
沙坡头有鸣钟之声，这一自然现象历史久矣。《弘治宁夏新志》说：“沙关鸣钟，城西四十里。沙关朝暮有声如钟，天雨时益盛。”这说明明朝时沙坡头的“响沙”就已经流传于世。古人无法解释其成因，在清代《中卫县志》中把它列为“祥异”，归类在说不清的好事、奇事之中。古诗：“百米沙坡削如立，碛下鸣钟世传奇。游人俯滑相嬉戏，婆娑舞姿弄清漪。”这首诗形象地反映了人们游玩时无比喜悦的心情。现在有一种说法：从科学研究得知，沙坡紧临黄河，水面和沙面吸热和散热不同，阳光照晒，两个层面吸收散发出两种方向不同的上升气流，形成两个空气壁，流沙移动时的声音，在空气壁发生回响，形成“响沙”。这种说法符不符合科学，还有待于进一步研究论证。
宁夏原政协副主席吴尚贤，曾于20世纪70年代初参加沙坡头水利工程地质勘探近一年，据他多年观察得出结论说：“鸣沙”是为风沙所覆盖的厚层堆石所形成。先有多孔隙的堆石（破积物），后为移动风沙所掩埋覆盖，在陡坎边均按自然休止角存在，堆石之间空隙永远不会被流沙所填实，在沙下形成如同乐器的空气箱，故沙动声起，沙停声止。在因沙粒移动发声处，可见到表层沙粒的明显弹动，人在其上亦能感到弹动。吴老的这一“堆石空隙”共振发声说，又由他自己在敦煌月牙泉鸣沙山、包头黄河对岸的库布齐沙漠的响沙湾作了验证，得出了相同的结论。世人大多认为，吴老的这一结论可信度较强。不过是否还得同时具备两个因素：一是有水——河边或是泉水流出处；二是有弧形的地貌，形成共鸣的环境。因为以上所举几处“响沙”都具有这种特征。沙子能发出钟鸣之声，绝非子虚乌有、空穴来风，而是实实在在的存在，这种奇特现象使古今多少人神往。在科学不发达的过去，神话和传说就成了这一自然现象的最好注解：
传说沙坡头原为桂王城，新任国王年轻气盛，不体恤百姓疾苦，尚武好斗，穷兵黩武，常与相邻北沙国交战。一次战败被俘，为了活命，假意归顺，愿做人质，并发誓赌咒说：“如若反悔，那就被埋在黄沙之下。”后借机逃回，哪知黄沙真的追来，狂风卷起黄沙，铺天盖地，掩埋了桂王城及居住在城郭中的百姓。原来城头那口报警的大钟，遇到沙坡上面有动静就会发出悲哀的声响，形成了古往今来的“沙坡鸣钟”。这个传说让沙子发声有了解释，使“沙坡鸣钟”增加了神秘的色彩。沙坡底下，有3眼清泉，俗名“泪泉”，说是聚集在一起的受害百姓的泪水。20世纪80年代以前，“泪泉”的水比较多，形成小的溪流，沙坡与黄河间有一片郁郁葱葱、滴翠流红的古朴园林——童家园子，园内百姓世代用它浇灌果园，种植蔬菜。90年代以后，“泪泉”的水愈来愈少，现在沙坡头旅游景区的“泪泉”几乎干涸。
沙坡头地理位置独特，北边是浩瀚无比的腾格里沙漠，属中国第四大沙漠；万里长城蜿蜒其间，依稀可见；南面是层峦叠嶂、挺拔险峻的香山；而它的脚下，中华民族的母亲河——黄河缓缓流过，沙坡头就在这水沙的交汇处。
在黑山峡横冲直撞的黄河，肆虐咆哮，等出了峡口，她累了，也驯服了，变成一条充满灵动水性的青龙，在沙坡头下蜿蜒伸展着身躯，形成了一种秀美；而围绕着这条青龙的是了无边际的沙漠，这漫漫黄沙，在骄阳的照射下，闪烁着一种美丽的金色光泽，宛若一条雄浑苍茫的黄色巨龙。每当狂风刮起，它则漫天飞舞，移来千万吨黄沙，想阻断黄河，填平河谷。《乾隆中卫县志》有载，那漫天黄沙曾向南凌空飞越黄河，在河岸那边的山台上布设了新的沙丘带，但在沙坡头，它却寸土未得。
在沙坡头，这青龙和黄龙交汇的地方，沙漠与长河、干旱与润泽、雄浑与灵动、苍凉与秀美，对比强烈，反差巨大。两条巨龙坚守着各自的领地，蔼然对峙。但在剑拔弩张的同时，在这里，两个对手却又相辅相成——沙拥着水、水依着沙，沙衬托出水的灵性，水成就了沙的苍茫，两条巨龙奇迹般地共生共存，和谐共处。沙坡头的神奇，形成了多个有名的景点：“沙坡鸣钟”“白马拉缰”“炭山夜照”、阎王砭、双狮山。在这地理位置得天独厚之处，大漠、黄河、绿洲、高山、长城……这些素昧平生“不相往来”的景物竟然像赶集似的齐集一处，使这片黄河与沙漠相交的土地变得如此烂漫多彩、瑰丽神奇。
比“沙坡鸣钟”更奇异的是，一列列火车犹如巨龙奔驰于沙坡顶上。在沙漠中修铁路还能通行无阻？这在世界上又是一大奇迹。
沙坡头是中国第四大沙漠——腾格里沙漠的南缘，危害性极大。它的沙层厚度70~100米，流沙占71％。这样的厚度世界罕见，一些外国专家称它为“世界沙漠之祖”“沙都”。沙坡头一年中要刮300多次风，平均每10小时刮一次，风沙弥漫，经常掀起巨大的沙暴，沙丘逐年向前移动，吞没农田，淹埋道路，阻断交通，危害人民的生命财产。新中国成立后，国家决定开发大西北，首先是修筑包头至兰州的铁路。这条铁路经过实地勘查，决定要从宁夏中卫县的沙坡头通过。1956年，中国科学院第一代治沙科学家李鸣刚、翁元庆、刘慎谔等人骑着骆驼来到宁夏中卫县的沙坡头，探索防治铁路沙害的办法。当时几乎所有外国专家都断言：“中国人在做梦”。他们没有想到，中国的科学家不畏艰险，经过多年的艰苦探索，将工程措施与生物措施相结合，闯出一条独特的治沙办法：用小麦秸秆纵横交错地扎在沙面上，形成一个个1平方米见方的草方格，像是编织在地面上的大网。铁路两侧连绵起伏的沙丘，被一张张巨大的“网”罩住了，这“网”叫做“草方格沙障”。而在每个网格里再栽种耐旱抗风沙的沙生植物。巨网罩住了沙丘，护住了小绿苗，小绿苗渐渐长成了连片的绿色植物带，组成了铁路两边的两条绿色“长城”，绿色长城锁住了风魔王和沙魔王的脚步，保障了包兰铁路常年畅通无阻。这是一项巨大的、艰苦的工程，中科院沙坡头沙漠研究所的科技人员和中卫人民经过30多年艰苦奋斗，在铁路两侧铺设了4800多公顷的麦草沙障方格，已逐步形成植被，覆盖度已达48％左右，试验区的沙面出现一层1~10厘米厚的结皮，长出了苔藓类植物，金色的沙海中居然翻滚起了绿色的波浪！
在锁住沙龙的同时，中卫人民又利用靠近黄河的有利条件，提黄河水浇灌，在沙丘上营造起槐、杨、花棒、紫穗槐等乔木和灌木组成的混交林带，伴着铁路蜿蜒而行，使铁路两侧出现了一条长45公里、宽500米的绿色走廊。科学工作者又把一些大片的流动沙丘改造成良田，通过扬黄灌溉、种植绿肥等措施，向沙丘要瓜果、蔬菜、粮食。如今的沙坡头，葡萄赛珍珠、桃红梨黄、白杨参天、玉米成行、西瓜遍地。站在高大的沙丘上，沿着包兰铁路举目远眺，望不到头的绿色植物带，穿插在金黄色起伏的沙海中间，像一条巨大而宽阔的绿色长城，颇为壮观。中卫人民创造出了世界治沙史上一个成功的范例，年年吸引着许多外国沙漠研究专家前来考察参观。同时，也成为沙坡鸣钟这一旅游胜景的组成部分。