Расположен в устье реки Мотыклейки, на полуострове Хмитевского, в 1 км от берега Мотыклейского залива Тауйской губы Охотского моря.

Название получил по одноимённой реке, та, в свою очередь, предположительно от названия местности, где располагались летне-осенние пастбища эвенов, с эвенск. «монтэлсэ» - «ранняя осень».

По дошедшим до нас сведениям Мотыклейское зимовье было основано в 1648 г. отрядом казаков во главе с Алексеем Глубоким. В устье реки Мотыклей они поставили зимовье, которое представляло собой небольшое поселение, состоявшее из нескольких изб, окруженное частоколом. Прожив там до 1651 г., Алексей Глубокий оставил ценные заметки об этих местах, которые, по мнению историков и географов, можно назвать первым гидрографическим документом и первой своеобразной лоцией северо-западного побережья Охотского моря.
Поселение известно благодаря горячим Мотыклейским источникам. В 1933 году, в районе Мотыклейского залива, работала геологологическая разведывательная партия Гончаренко, а в 1941 году - геологопоисковая партия Семейкина. В отчёте Семейкина отмечено, что по реке Улукан, по левому берегу обнаружен тёплый источник, имеющий постоянную температуру +24°С. Воды этих источников относят к типу хлоридных кальциево-натриевых с повышенной минерализацией. При Дальстрое в 1944 году был разработан проект санатория на 300 мест, но из-за отсутствия дорог проект не был осуществлен. Тем не менее, в 1948-1949 годах на Мотыклейских ключах был построен опытный санаторий для малых групп, который функционировал до 1956 года. Тогда же был организован розлив минеральной воды на продажу.

В 1975 г. решением Магаданского облисполкома №247 Мотыклейский источник был признан памятником природы.

К настоящему времени поселение Мотыклей не существует. Есть планы возрождения курорта на базе минеральных источников.