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。

甬道南壁上部浮塑出一排方格，每一格内绘有佛像一身。下绘炽盛光佛图一铺，画面东部和下部残毁。炽盛光佛图画面中央绘炽盛光佛一身，佛结跏趺坐，乘双轮车前行，右手食指顶一金轮，左手作禅定印。车前部残，车后插龙纹旌旗，九曜星神三面簇拥。九曜星神从东到西，第一身仅存上半身，形象模糊身份不明；第二身是妇女形象，着绿衣，手抱一物，状如套在袋里的琵琶，是金星；第三身在第二身左下侧，大部已毁，仅存部分头光与一只持圆形物的手，身份不明；第四身状如天王，头戴驴形冠，四臂，下面两手共执一戟，上面两手，一手执弓，一手执索，是火星；第五身在佛的车前，头戴不明兽形冠，手举一杖，疑是土星；第六身在车轮后侧，着绿袍，一手推车，下部残毁，仅存上半身，身份不明；第七身在车后右侧，状若妇女，头戴鸟形冠，双手托一圆形物，是月宿；第八身在车后左侧，着世俗人物服装，双手托一圆物，是太阳；第九身身体为绿色，半裸，四臂，分别执矛、绳索、剑和人头。是罗睺。佛与九曜星神上方绘有二十八宿，其形象基本一致，均作文官打扮，双手持笏，四身一组侍立于彩云之中，现存五组。九曜星神和二十八宿中间穿插绘黄道十二宫，每一宫作一圆圈，在圆内画出代表此宫的形象，现存九座，从东至西为金牛宫、室女宫、白羊宫、摩羯宫、天秤宫、双子宫、巨蟹宫、天蝎宫，双鱼宫。壁面西侧中下部，存一身女供养人像，其右侧有一方榜题，榜题用西夏文和汉文并列书写，汉文为：“扫洒尼姑播盃氏愿月明像”，榜题下方存数列回鹘--蒙文题记。

北壁阿弥陀经变占了整面墙壁，阿弥陀经又名小无量寿经，主要描述了西方净土无比庄严、清静、美妙和安乐、祥和的景象。 上部碧波蓝空，天水相接，十身飞天千姿百态；乘云驾雾的赴会佛和菩萨表示的是十方诸佛和菩萨赴无量寿佛说法会场面，呈对称结构分布在天空层，有五座楼宇殿阁，四组一佛二菩萨组合；在阿弥陀正上方，整个画面上层天空的中间描绘的是净居天，此处绘朵云及其上二层楼殿，殿内有倚坐和趺坐佛，下殿还站立二胁侍菩萨，殿前有七宝道场树，两侧各有一组赴会的一佛二菩萨，具有对称平衡美。 中央主体部分描绘的是西方三圣：无量寿佛居中趺坐，观音菩萨和大势至菩萨胁侍两侧游戏座，还有众菩萨分列两侧；水池中建有平台和两侧楼阁，水池中绘有迦陵频伽、鸭子，化身童子、鸳鸯、荷花等生动形象，栏杆上立着孔雀；歇山顶的楼阁高二层，深阔都是三间，上下层之间不设腰檐，这种画法只在初唐壁画中才能见到，下层斗拱上挑出朱栏一周，上下层各柱子之间不设门窗墙壁，只在由额上悬挂帘幕，平台地面以花砖铺地，与唐代习俗相同； 在中间层，两侧楼阁的上方，绘的是赴会佛众，可谓佛尊率众菩萨的出行图。 位于阿弥陀下方，整个画面中下方的两身伎乐菩萨，脚踩圆毯，两旁是一些伎乐菩萨和供养菩萨。 下层五代画一层男供养人，已经漫漶不清。

甬道北壁上部浮塑出一排方格，每一格内绘有佛像一身，画面东侧和下部残毁。上部绘二十八宿，其形象基本一致，均作文官打扮，双手持笏，四身一组侍立于彩云之中，现存五组。下部绘九曜星神，九曜星神仅存四身，从东到西，第一身仅存胸部，身份不明；第二身为文官打扮，头冠有羽，手持花果，疑为木星；第三身文官相，手持笏板，从手臂处涌出一朵绿色云彩，蛇形上升到其头部东侧，云上绘一红色圆形物，疑为太阳；第4身为妇女形象，怀抱琵琶，是金星。画面西侧下部有两排僧人供养像，上下各5人。供养人画像题记全是用汉文和西夏文对译并书，均是“助缘僧”供养像。在九曜星神和助缘僧之间，绘有一身着红色披肩袍服的人物形象，仅存上半身，身份不明，头部西侧有榜题一方，模糊不可识读，身后有一比丘手持伞盖。在二十八宿和九曜星神及助缘僧中间穿插绘黄道十二宫，每一宫作一圆圈，在圆内画出代表此宫的形象，现存九座，从东至西为：白羊宫、天蝎宫、天秤宫、室女宫、摩羯宫、人马宫、金牛宫、宝瓶宫、狮子宫。

南壁画观无量寿经变一铺，画面上层天空中有十方佛赴会，一佛二菩萨的组合，琵琶、箜篌、排箫、古琴、腰鼓、阮咸等各种乐器乘着飘带飞行。 画面正中上方有三座大殿，前后二殿为单层，中殿为两层，单檐庑殿顶，两侧各置单层配殿，配殿左右又各置二层楼阁，单檐歇山式顶，以廊庑与中部后殿相接，廊庑转角处，于庑顶置角楼，两角楼外側又各画一座圆形塔楼。 殿堂与角楼的檐下椽飞斗栱采用仰视角度，人物用正投影。 三殿前有大平台，画无量佛、二胁侍及诸菩萨，胁侍菩萨上方各有一身飞天。 三殿前面有三座小平台，中间平台为由十六身乐伎组成的乐队，以八人为一组，分列两侧，中间二乐伎对舞，两侧平台各有一佛携众菩萨的听法场面。 壁面东西两侧绘制了未生怨和十六观的故事。 西侧未生怨自下而上，故事各情节均以建筑物，如屋顶、墙垣以及树木为间隔，在完整统一的场景描绘中展开时间前后不同的故事情节，连续性很强。 东侧十六观自上而下，在十六观中的日想观图中，远处晚霞与落日，已变成黑色的溪流从远处的山边蜿蜒穿过绿地，直奔近处的草地，夫人戴红色大凉帽，席地而坐，面西合十，谛观落日。东侧竖条幅画十六观，下数第三题榜墨书：“第十一观佛身丈六观”。 南壁西起画观世音菩萨一身，男女供养人共二身；下宋画男供养人九身（模糊）。

南壁为《十轮经变》，是敦煌壁画中不多见的一幅，该经详细宣传了地藏菩萨信仰。 在布局上，十轮经变大致可分为四个区域： 一、画面正中主体说法会及其周围画面，中央怯罗堤耶山说法会、佛陀上部雨宝供养、中上层云层中象征地藏菩萨的双手托如意珠、上层十方诸佛赴会、佛陀正下方渴仰菩萨请问、净有天神请问、佛陀左下方绘三弟子代表地藏赴会、佛陀左下角三天女请问； 二、画面西侧中部，绘地藏救苦救难：称地藏名，可以饮食充足、所欲充足、具喜乐心、众病悉除、除众生恶心、解脱牢狱之难、断除癫狂、解除溺水、火焚、坠崖诸难、解脱蛇兽诸害、心境安稳、解脱罗刹之难、满足诸愿、获微妙胜果等画面； 三、画面西侧上方，地藏变化身（部分内容在东侧上部）：地藏有四十四现身，可以化身为三头六臂神坐于须弥座、四臂神坐于须弥座、一倚坐菩萨、一神禅定、一神说话状、一神合十、二神合十面向六臂神、四天王立像；也可以化身为一菩萨说法，一神禅定，一比丘禅定形象；还可以化身为转轮圣王、朴素的站立刹利、裸体步行首陀或毗舍形象；另外还能化身为男、女、神、龙、六臂神（手托日月）、狂奔裸人、狮子、大象、马、牛、鸟、阎罗王、地狱吏、牛头鬼卒、俗人、恶狗、狱卒形象； 四、画面东侧，刹利旃陀罗现智相品（其中象王本生在西侧）：1、末法景象：荒野中，三人打猎；大杂院内，一人肩荷动物尸体，二男人打架、一男子向一女子作揖、屋内一比丘向一女子伸手；一屋内一老人坐于床，前有一人拄杖，后有二侍女，似医治场面，屋顶一比丘乘彩云而来，俯视下方；2、军队出行：军队乘马出征，一骑者在前，一俗人做向导，三裸体人迎接；3、象王施牙本生：二头大象在山的一侧，五比丘在山的另一侧，最前面的比丘引弓待发，大象与比丘之间是一方大榜题（漫漶）；4、国王与罪犯的故事：位于左下角，城墙高耸，城内殿宇中有许多人在活动（画面有三十多人），城门外一人骑马，有华盖；5、旃陀罗恼乱说法师：位于主体说法会下方，一法师坐高座，二比丘二居士为一组，坐于两侧，前方站立一人，袒露半胸，面向法师说话状；6、榨油之罪：二女似在制作某物；7、解脱菩萨、声闻之系缚的功德，斋僧、燃灯、造房、医治病人、诵经、建塔（二处）。 最底下漫漶不清，有部分地仗层已经脱落。

南壁上画伎乐飞天十身、天宫栏墙、坐佛十五铺；中画头戴化佛冠、手执杨柳枝的倚坐观音说法图一铺，两侧画趺坐佛十八铺（其一被穿洞所毁）；下隋画穿高腰群衫的女供养人二十六身，侍从三十一身。南壁上层的伎乐飞天，有弹琵琶、击鼓、吹笛、持供品等形象。南壁下部女供养人身材欣长，穿窄袖小衫，系长裙，披帛很自如地从两肩或肘弯垂下，其手捧花枝，动作优雅，色调柔和，其身后有侍女提携。女供养人队尾画供养女乐一组，计八人，分别演奏着琵琶、箜篌、方响、横笛、排箫等诸般乐器，缓缓行进。其下五代画供养人九身，侍从八身。

四座高台：画在“十六观”中的“宝楼观”，用四座高台集中布置成高台建築羣，形成一组观赏性建築，宋代名画《金明池夺标图》中的水殿，以及现存北京北海前的围城，都有相似的意趣。

窟内四壁共绘有千佛一千二百三十五身，大部分有榜题，表现的是三劫三千佛，它们分别是过去庄严劫千佛、现在贤劫千佛、未来星宿劫千佛。这些千佛的头光和身光以四身为一组交替变化，使整个画面有一种节奏感。千佛的鼻，眼睑用白色提亮，习惯上称“小子脸”。

说法图下方，平台上两舞伎，一拍腰鼓，一反弹琵琶，相对而舞；两侧各一组八人的乐队。乐伎肤色不同，颇似一小型多民族乐队。