Cette mesure, si elle est confirmée à Tripoli, met fin à des mois de querelles pour savoir quel pays devrait juger cette personnalité controversée du régime déchu.
"Il a été extradé en Libye sur la base des garanties fournies par les autorités libyennes", a-t-on par ailleurs confirmé à Reuters de source gouvernementale, sans s'étendre sur la nature de ces garanties.
Mis en examen en Mauritanie pour "entrée illégale sur le territoire", Abdallah al Senoussi est également visé par un mandat d'arrêt de la Cour pénale internationale pour crimes contre l'humanité commis au début du soulèvement libyen, en février 2011.
A La Haye, un porte-parole de la CPI a déclaré mercredi tout ignorer de cette extradition.
La France, où il a été condamné par contumace à la prison à vie pour l'attentat du 19 septembre 1989 contre un DC-10 d'UTA au-dessus du désert du Ténéré, au Niger, a aussi déposé une demande d'extradition. L'attentat avait fait 170 morts, dont 54 Français.
Mardi, une délégation libyenne de haut rang était présente en Mauritanie. On ignore si la décision d'extrader l'ancien responsable libyen, l'une des personnalités les plus craintes du régime déchu, a fait l'objet d'une décision de justice.
A Tripoli, le porte-parole du ministère des Affaires étrangères s'est déclaré incapable de confirmer l'information tout en se réjouissant de la nouvelle si elle était avérée.
"Nous réclamons cette mesure depuis un certain temps déjà et c'est une bonne nouvelle si elle se vérifie", a déclaré Saad al Chelmani.
Abdallah al Senoussi avait été arrêté il y a six mois à l'aéroport de Nouakchott, en provenance du Maroc, en possession d'un faux passeport malien.
Son nom avait également été cité dans l'attentat à la bombe de Lockerbie (Ecosse) visant un Boeing de la Pan am, qui fit 270 morts en 1988.
Le fils cadet de Mouammar Kadhafi, Saïf al Islam Kadhafi, un moment considéré comme son dauphin politique, doit être jugé courant septembre en Libye où il a été arrêté.
Le nouveau régime libyen souhaite juger à domicile les anciens responsables du régime Kadhafi et les membres de son clan. Mais des défenseurs des droits de l'homme redoutent que la faiblesse du gouvernement actuel et l'absence relative d'un état de droit en Libye ne portent atteinte aux procédures légales.
Avec Bate Felix à Dakar et Thomas Escritt à Amsterdam; Jean-Philippe Lefief et Jean-Loup Fiévet pour le service français