此窟始建于西魏，后经北周、隋、初唐、回鹘、清代时期重修。洞窟的平面呈方形，有中心塔柱，前部为人字坡顶（已塌毁），后部为平棋顶。窟室中央为方形中心柱，龛内外的塑像多为清代重修，龛内北壁残存化佛菩萨火焰纹背光，两侧各画弟子一身。龛外两侧分别为唐代画的日月及云中坐佛，下底层存西魏残画。龛楣图案尤其有特色，它不同于北魏常见的火焰纹图案，而是保存完整的弥勒上生经变，是西魏时期的原作，与莫高窟西魏时期的第288窟龛楣莲花供养化生图案风格相近。弥勒上生经变这一题材在敦煌石窟龛楣画中并不多见。画面中，弥勒着菩萨装，交脚而坐，身旁站立二听法菩萨，周围还有十身飞天环绕飞舞，散花奏乐，一派恬静的佛国仙境。在画面左侧，还有一身人物做手足倒立的动作，画工大胆用色，把人物形体涂染出来，整个画面看上去十分夸张诙谐。敦煌石窟中同一时期的作品大多以土红色为底色，而这一幅则是在大面积深绿色的底子上作画，亦为少见。在西侧墙壁留下来的一组朱墨白描伎乐飞天线描图最为传神。飞天手持琵琶、箜篌等乐器，身形线条流畅、比例协调、把飞天的轻盈、飘逸完全体现出来，同时也体现出画师绘画技艺的高超，这幅作品也是西千佛洞的代表作。北壁为鹘画涅槃图，画面中佛的形体较大，右胁而卧，着田相袈裟，周围有众多举哀弟子，脚部周围有几身世俗人的形象。画面以土红色为主色调，佛的面部五官间用石绿勾勒。此窟南壁东侧绘有初唐说法图，这幅画面内容简洁，但无论构图、设色、人物造型堪称佳作。神态端庄、目光慈祥的佛陀结跏趺坐于莲座上，身边二胁侍菩萨婀娜窈窕，着装华贵艳丽，从画工着色晕染手法，我们似可以看到菩萨着装的质感。说法图下方绘供养人像。在这幅作品右上角留有“如意元年”(公元692年)的朱墨题记，也为断代提供了参考。

建于西夏统治瓜州晚期。窟内纷呈汉、藏民族及显宗、密宗的内容和艺术，是这一时期艺术最成熟、最典型的洞窟，独具特色。窟呈长方形，穹窿顶。窟中央偏后设八角形三级曼荼罗（坛城），上存清塑数身。窟四壁下部清代环砌双层台基，上存清塑十八罗汉像。顶绘曼荼罗，中画五方佛，东壁中央绘佛传，南北侧分绘汉密五十一面千手千眼观音曼荼罗、胎藏界曼荼罗及显宗天请问经变。南壁东起画曼荼罗、观无量寿经变、曼荼罗各一铺。北壁东起画曼荼罗、净土变、曼荼罗各一铺。西壁门上方绘维摩变，门南北侧绘普贤变、文殊变。甬道南北壁绘供养人。

尔时莲华城雪山南面有一……百弟子围绕供水中有一……彼众中为上首端正聪明一闻便领一时……和上品德术智已尽今欲还家和尚心恋童子不欲……盖革履金叉木金瓶金钵上下……白彼梵志作如是言我于此处……即便辞师而去时

沙弥守戒自杀缘全图：画面采用这一时期新出现的连续画形式，令故事表达得更流畅。

复于一时大王与太子及诸释种出外野游观看田种彼时地内所有作人赤体辛苦又见犁牛疲困饥渴加以鞭棒土拨之下皆有虫出人犁过后诸鸟来食太子见已起大忧愁回还时

尔时太子于师之前射瓮了又于车上作种种伎所谓或横或纵或立或卧宛转盘旋悉亦第一时

尔时太子出城游观既见病人还到宫后烦闷非常忽于一时思欲出于城西游观遂遣使人咨白大王时

尔时又立七铁瓮满中盛水立前执火烧赤箭一射过铁瓮已有一大婆罗林一时烧尽又射七铁猪一一穿过其箭落地至于黄泉其箭所穿入地之处即成一井于今人民常称箭井