На небольшом полотне запечатлена освещенная лунным светом пустыня. С темно-синим ночным небом с едва заметными светлыми точками звезд гармонично сливается не яркая, но многоцветная поверхность земли. В глубине изображено поселение в оазисе с высокими пальмами и пышными деревьями за оградой. Плоскость земли правее середины разрезает бело-голубоватая полоса канала. В центре полотна выделяется куб освещенного луной здания. По охристой окраске земли художник намечает множество серо-зеленых и серо-голубоватых пятен: то ли камни, то ли растения. В левом углу размещен мощный жесткий куст. В характере пейзажа ощущается, что это – экзотический для русского художника вид.

Пейзаж «Ночь в пустыне» был написан после поездки Петровым-Водкиным в Северную Африку в апреле − июне 1907 года. Он поехал туда из Парижа, где продолжал художественное образование в школе Филиппо Коларосси. В Африке было сделано множество рисунков и живописных эскизов. Наблюдение за африканцами и приметами экзотического быта, запечатленное им в поездке по странам африканского побережья, дало художнику богатый материал для творческого эксперимента. Новые впечатления от природы и городов Северной Африки стали причиной изменений живописной манеры, ясно осознанных автором. Он написал матери после возвращения из поездки: «…два с половиной месяца африканских прошли для меня как сказочный сон, <…> и я чувствую, что это было необходимо, полезно мне по части живописи».

В пейзажах пустыни Петров-Водкин освободился от наработанного в Париже условного, сдержанного колорита, вернулся к воздушной «серовской» гамме, в которой он работал в Московском училище живописи, ваяния и зодчества. В.А. Серов был тогда его любимым учителем. А впечатления от белых кубических зданий в африканских оазисах возникали впоследствии в иллюстрациях и эскизах мастера на евангельские сюжеты.