作为宁夏以历史文化著称的景区，宁夏旅游景点水洞沟的历史最早可以推至四万年前。在晚更新世，水洞沟植被的基本特点为荒漠草原，贺兰山云杉曾有一定量的扩展，曾经活动着披毛犀、普氏野马、野驴、鹿、水牛、普氏羚羊、鸵鸟等动物，我国北方东部河谷、平原区的冷湿环境也影响到了水洞沟地区，形成流水与湖泊相连的小环境。到晚更新世晚期，植被旱化加重，荒漠植物增多。
根据水洞沟更新世晚期地层出土动物化石所反映的自然环境，可以认为，在水洞沟文化时期，这里的自然环境是地势平缓的草原荒漠地带，气候干凉，曾一度变得冷湿。
四万年前，地球属于第四纪冰期时代，当时的水洞沟是草原荒漠地带，非常适宜人类生存，碧绿的湖面波光粼粼，周围草木葱茏，犀牛、野驴、原始牛在湖边茂密的草丛中悠然地吃着青草，羚羊、转角羊在湖与沙漠之间的灌木丛中觅食着饱含露珠的肥美嫩叶，成群的鸵鸟在沙丘中急速行走。湖边、草原上，青壮年不分男女都要手持棍棒和石器去打猎。他们使用的武器太原始了，有时，奔波一天，连一只野兽也猎获不到，只好靠挖些植物的根茎和采摘野果和草籽度日。一旦捕到动物，他们如同过节一样喜笑颜开，剥去兽皮，大家围坐在一起，在熊熊篝火上烤食，吃到高兴，便围着篝火跳起欢快的舞蹈……这就是水洞沟地区最早的人类。