莫高窟第302窟开凿于隋代，五代时期重修。整个洞窟由主室、甬道和前室三部分构成。主室为中心塔柱窟，窟顶前部人字披东披分上下两段绘制佛教本生故事画，后部平顶绘隋代画说法图、平棋图案等。中心塔柱顶部与窟顶相连，作须弥山状，上部为圆形七级倒塔，下部由方形两层台座组成，共承倒塔，台座上层四面各开一圆券形龛。中心柱东向面龛内塑一佛、二菩萨（北侧一身失），龛外两侧塑二菩萨（仅残存北侧一身），浮塑彩绘化生龛楣、龙首龛梁、莲花龛柱；南向面龛内残存彩塑佛一身，菩萨二身（清修），龛外两侧塑二菩萨（仅残存东侧一身）；西向面龛内塑一佛、二弟子，二弟子像为清代重修；北向面龛内塑一佛二弟子，龛外两侧二身塑像已失，均为清代重修；中心柱底座北向面下层壁画隐约可见“开皇四年六月十一日”等字样，据此可知此窟开凿于开皇四年（584年）左右，故此窟又称“开皇四年窟”。这一确凿的纪年题记不仅是隋代洞窟时代判断和分期的可靠依据，也是此时期洞窟艺术风格研究的标尺。洞窟主室西壁中央开一内外层佛龛，内层塑一佛、二弟子，外层塑二菩萨（均无头）。内层龛壁画佛头光两侧画二身化生形象。龛外下层为宋代画比丘尼八身，底层露出隋代残画，龛顶从左到右画天宫伎乐十身；主室南壁上部自西向东依次画天宫伎乐十二身以及天宫栏墙和垂幔，中间绘千佛，前部千佛下方绘药师佛一铺，后部千佛东侧开内外层龛，内层塑一佛、二弟子（仅存西侧弟子），外层塑二菩萨（仅存东侧一身），忍冬龛楣，千佛西侧画说法图一铺。南壁下部与地面相接处为宋代绘供养比丘像、男供养人像共九身，底层露出隋代残画；北壁千部绘有释迦、多宝二佛并坐说法图一铺，后被穿洞所毁，下部与地面相接处表层壁画为宋画供养人一排，多处底层露出隋代绘画；东壁上部画天宫伎乐，栏墙和垂幔，东壁门上方画说法图一铺，两侧绘千佛，其余为比丘和供养人。甬道盝形顶中央为宋代绘千手千眼观音变一铺，甬道南北两壁各画宋代趺坐佛四身。前室顶大部分坍塌，西壁门两侧存宋代画毗沙门天王赴哪吒会图各一铺；东壁门南上部为宋代画如意轮观音变一铺，中部为宋代画四龙王礼佛图；门北上画不空绢索观音变一铺，中画四龙王礼佛。

主室北壁前部绘有释迦、多宝二佛并坐一铺，后被穿洞所毁，后部千佛中央东侧开内外层龛，忍冬纹龛楣，内层塑二菩萨（均无头），西侧绘说法图一铺。下端表层壁画为宋画供养人，多处底层露出隋代绘画。

甬道北壁为宋画趺坐佛四身。

主室南壁上部画天宫伎乐十二身以及天宫栏墙和垂幔。中间绘千佛，前部千佛下方绘药师佛一铺，后部千佛中东侧开内外层龛，忍冬龛楣，内层塑一佛、二弟子（仅存西侧弟子），外层塑二菩萨（仅存东侧一身），西侧画说法图一铺。南壁下层为宋代绘供养比丘、男供养人共九身，底层露出隋代残画。南壁地缝东向面第一身题名为“弟子张子超供养”。

主室西壁上部画天宫伎乐十身，以及天宫栏墙和垂幔，中间画千佛，中央内外层龛，内层塑一佛、二弟子，外层塑二菩萨（均无头）。内层龛壁画佛光两侧画二身化生形象。下层为宋代画比丘尼八身，底层露出隋代残画。

甬道南壁为宋画趺坐佛四身。

主室东壁上部画天宫伎乐，栏墙和垂幔，东壁门上方画说法图一铺，两侧绘千佛；门南为宋代画比丘一身，女供养人七身（模糊）；门北为宋画比丘二身，女供养人六身（模糊）。

甬道盝形顶中央为宋代绘千手千眼观音变一铺。