Ifølge kilden ble Senussi pågrepet på flyplassen i hovedstaden Nouakchott, etter ankomst med et rutefly fra Casablanca i Marokko. Senussi skal ha brukt et falskt malisk pass.
En talsmann for Det nasjonale overgangsrådet (NTC) i Libya, Mohammed al-Harizi, sier Mauritanias utenriksdepartement har bekreftet at Senussi er tatt.
Senussi, som var en av Muammar Gaddafis nære medarbeidere, er etterlyst av Den internasjonale straffedomstolen (ICC), som anklager ham for forbrytelser mot menneskeheten.
Etterretningstjenesten var en av de mektigste og mest effektive institusjonene for undertrykkelse av opposisjon i Gaddafi-regimet, ifølge ICC.
Senussi var indirekte ansvarlig for drap og forfølgelse av politiske motstandere i opprørshovedstaden Benghazi, ifølge den internasjonale domstolens arrestordre.
Senussi var svoger til nå avdøde Gaddafi og anklages for å ha spilt en betydelig rolle i det tidligere libyske regimets forsøk på å knuse opprøret da det brøt ut i februar i fjor.
62-åringen har vært på flukt i mange måneder som en av de siste av Gaddafis betrodde medarbeidere som fortsatt var på frifot. Nå gjenstår bare Gaddafis sønn Saadi, som har søkt tilflukt i Niger.