位于虎林市东北方，距虎头镇18公里，月牙湖形似一勾弯月，因此得名。1986年省政府批准建立了以生长小叶樟为主的草地类型自然保护区，面积5133公顷。1987年9月被国家正式批准为“草地类自然保护区”。保护区占地七万七千亩，其中湖面约五千余亩，湖东侧尖端有一条缓缓的细流与乌苏里江紧紧相连。月牙湖自然保护区生长着原始的生态物种，乔木50种、灌木70属、各种草类413种，这里栖息着汗达犴、狍子、黑熊、乌苏里貉、鹰鼠、雪里白兔、丹顶鹤、天鹅、鹭鸶、鸳鸯等40余种珍贵的动物。鸟苏里江上的鸟岛，距旅游区只有三千二百米，最近处仅有一千米左右。湖内以盛产鲫鱼而闻名，还产鲤鱼、鲶鱼、狗鱼等。
保护区地处穆棱河：兴凯湖平原北缘，海拔50米左右，地势低洼，草地、沼泽、湖泡相间。有草甸类草场、沼泽化草甸类草场和沼泽类草场等草地类型，生长小叶樟、狭叶甜菜、毛果苔草、柳叶绣线菊等，是黑龙江省小叶樟草场及其生态系统的典型代表区域。保护区内有水面400多公顷，与乌苏里江相通，水面以乌苏里江江水涨落而变化。其中最大的湖泡—月牙泡，面积为300公顷，是一处巨大的荷塘，生长荷花、睡莲、菱角等水生植物几十种。每年7月底8月初，湖面被荷叶荷花遮盖，形成高纬度的荷花群落奇观，1987年建立了野生荷花自然保护区。月牙湖自然保护区内，还有马鹿、天鹅、鸳鸯等珍贵野生动物栖息繁衍。
湖心区像一轮满月被月牙湖所环抱，占地三万余亩，是保护区严格封闭区，湖心区的植被由岛状层次林和小叶樟，莎草等草类构成。一层草一层林呈放射状，富有韵律，十分壮观。月牙湖荷花堪称塞外一绝。荷花约占湖面的四分之一，近千余亩。盛夏季节，满湖荷花妩媚旖旎，竞相开放，千姿百态，给月牙湖带来了无限的生机与活力。有人写道：“北国骄子虎林莲，塞外秀色别有有天。风吹荷香千里外，不似江南胜江南”。用诗歌颂虎林莲，赞美虎林。沿月牙湖的外侧已开发六千亩土地做为旅游区。旅游区新建了揽月楼、度假木屋、湖心木桥、观荷亭，船坞，钓鱼台等旅游设施。
月牙湖草地类自然保护区是三江平原的一部分，地形属沿江冲击平原，地处穆棱河以北，乌苏里江以东区域，域内泡沼星罗棋布，总面积77，000亩。保护区内动植物资源丰富，鸟岛上有成千上万只鸟在栖息，常风的鸟类有丹顶鹤、鸳鸯、天鹅、鹭鸶、白尾海雕、黑鹤等。每到夏季，这里岛滩星列，水面波光滟潋，草地和水面上之上百鸟翔集，构成大自然赠予人类的一幅美丽、祥和、宁静的生态画卷。月牙湖草地类保护区内有一形似月牙的沼泽湖泊，故称月牙湖，总面积约为5000多亩。其中1400亩的水面生满了野生荷花，每到7、8月份举目望去，十里荷塘沿着弯弯的水面铺开，大团大团碧绿的荷叶中点缀着高雅端庄的荷花，千资百态、分外妖娆，为北方一大奇观，故又称荷花湖。1986年经省林业厅批准，建立省级自然保护区，从1998年开始，在湖边修建了垂钓台、休闲亭、观荷廊、籍香榭等设施和十几栋风格各异的休闲别墅，是游人赏荷观鸟、垂钓休闲的旅游胜地。