莫高窟第301窟建于北周时期，洞窟由主室、甬道、前室三部分构成。主室为方形覆斗顶窟，窟顶藻井画斗四莲花井心，垂幔铺于四披。西披正中画莲花摩尼宝珠，两侧画伎乐飞天各六身，下部接火焰莲花化生龛楣；窟顶南披与东披共同构成画萨埵太子本生故事画，其中南披主要绘萨埵太子辞宫、狩猎、憩息等场景；东披画饲虎、起塔等情节，下面画天宫伎乐七身，垂幔。北披画睒子本生故事，情节包括供养盲父母（西），迦夷王出猎（东），下部画天宫伎乐、飞天共六身。故事画中的人物着汉服，画风承袭了中原传统。主室西壁开一圆券形龛，龛内塑倚坐佛一身，佛身后头光内绘一圈化佛及火焰光佛，佛身后两侧上方各画持乐器飞天二身，下部两侧画宝珠。龛楣浮塑彩绘火焰化生纹，龛梁塑龙首，龛柱绘莲花。龛外南北两侧画菩萨各二身，塑菩萨二身，塑像仅存莲座，龛下画莲花图案。主室南壁画千佛，千佛中央绘说法图一铺，下部绘药叉（但仅存二身）；南壁西侧下方绘供养比丘像一身，男供养人十七身，药叉一身，东侧残存女供养人十二身。此壁清代凿穿洞时壁画毁去部分。主室北壁与南壁对称画千佛，千佛中央绘说法图一铺（被清代穿洞毁去一半），北壁西侧下部画供养比丘像三身，男供养人残存十四身，药叉一身，东侧下部存比丘像十八身，供养人八身。主室东壁上方画千佛，下方南侧绘女供养人三身，供养牛车和二身侍从；下部北侧画供养比丘二身，男供养人存六身，下画供养人比丘三身，男供养人存三身。

该窟开凿于西魏大统年间（主室北壁发愿文中存有西魏大统四年（538年）、五年（539年记年），是敦煌石窟中最早有确切开凿年代的洞窟。主室为覆斗顶形窟，平面为方形。窟室中央现存一元代所建的方形坛台，南壁和北壁对称地各开凿4个小禅室。部分禅室内或门口还残留有元代所修小塔的部分塔身。窟顶中心方井画华盖式藻井。四披绘中国传统神话诸神与佛教护法神形象，有摩尼宝珠、力士、飞天、雷公、乌获畏兽、伏羲、女娲等。四披下部一周绘有３６身禅僧于山间、草庐中坐禅。山林间绘有各种野兽及捕猎场景。西壁中央凿一圆券形大龛，两侧各有一小龛。主龛内为倚坐说法佛，小龛内各一身戴风帽禅僧塑像。龛外壁面上部画诸天外道形象，有日天、月天、诸星辰、摩醯首罗天、毗瑟纽天、鸠摩罗天、毗那夜迦天及供养菩萨等，下部画四天王、婆薮仙等，最下部龛沿画忍冬纹边饰南壁分上、中、下三段。上段通壁绘11身持乐器的伎乐飞天；中段通壁绘《五百强盗因缘》故事画，末尾处绘释迦、多宝“二佛并坐”；下段开四个小禅室，禅室间壁面自东向西绘有《化跋提长者姊缘》、《度恶牛缘》、《沙弥守戒自杀缘》和《婆罗门施身闻偈》故事画。其表现形式，或长卷连环画，或单幅画。故事画下方绘金刚力士。北壁分上、下二段。上段通壁绘有七铺说法图，每铺下方均有发愿文和男、女供养人。其中西起第二铺和第七铺说法图发愿文题留纪年还可读识。下段亦开有4个小禅室，与南壁小禅室相对应。东壁门上方绘有三身坐佛，门南、北侧各绘大型佛说法图一铺。甬道顶层残存中唐所绘趺坐菩萨一铺，南壁中唐画不空绢索观音经变一铺，北壁中唐画如意轮观音经变一铺。前室平面横长方形，窟顶为一面斜坡形，存宋画残痕。前室西壁门上开一小窟（敦编第286窟），门南残存宋代供养人像，底层可见中唐画，最底层为西魏壁画。门北为第287窟，存宋画男供养人像。

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。

西壁绘有西方净土变，画面正中阿弥陀佛端坐于佛座上，后有殿堂宝盖，前有阙楼对峙；两侧大树参天，树下各有四人跪坐于地，各持箫、笙、筝、腰鼓、铣、埙、阮等乐器鸣乐演奏，中间有两身伎乐天轻舒长袖，应弦起舞，再前有一面大型建鼓，两侧各有一人和乐击鼓，天空中还有数身凌空舞动的飞天。

中间画佛传一铺。南侧画五十一面千手观音一铺，北侧画十一面千手观音一铺。汉密五十一面观音立像，头顶五十一头像累叠如塔，千手自观音背后伸出，如圆光辐射，每手有一眼，手上分托锻铁、酿酒、踏碓、耕作、舟船、寺塔、乐器及龙、麒麟等事物共四十余种，为敦煌石窟中所仅有。

北壁画观无量寿经变一铺，壁面上层绘有十方佛赴会，一佛二菩萨，头顶华盖，坐于祥云之中，与南壁一样，琵琶、箜篌、排箫、古琴腰鼓、阮咸等各种乐器乘着飘带飞行。 经变正中上方有三座大殿，大殿殿顶两侧是两身飞天，动势都朝着大殿。 三殿前后排列，均为单层，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，两角楼外侧绘出缭绕的蓝绿色云海，苍茫延伸至地平线，两身小飞天从廊殿顶处升起，恰巧与后面的云海相映成趣。 画面殿堂与角楼的檐下椽飞斗栱用仰视角度现出斗拱，结构严密，两侧的配殿用俯视角度，显示出层次、结构上的井然有序，人物用正投影。 无量寿佛座前有胡跪供养菩萨，以花朵、香炉虔诚供养，飘带环绕，描绘流畅生动。 三殿前有大平台，画无量佛、二胁侍及诸菩萨；中间有三座小平台，左右平台为由十六身乐伎组成两组乐队，中间平台二乐伎对舞； 三平台前面另有三座小平台，中间平台画白鶴、孔雀、鹦鹉、迦陵频伽、共命鸟，左右平台置化佛与诸菩萨。 全部建筑架在宝池中，池中有莲花、化生、鸳鸯，平台之间及平台与殿堂之间均以斜道与小桥相连，宝池的水纹、漩涡用线粗细有变化，颇有碧波荡漾的质感，是最宝贵的唐代建筑资料。 西侧未生怨、东侧十六观。 北壁西起画观世音菩萨三身；下宋画女供养人一排，底层盛唐画供养人（模糊）。

南壁壁画分上中下三段绘制，上段绘伎乐飞天十二身，有的演奏乐器，有的凌空飞舞。中段通壁绘制百强盗成佛因缘故事画一铺。描写了官兵征剿、强盗被俘、国王审讯、挖眼逐放、山中受苦、眼睛复明、佛陀说法、出家为僧、深山修行等场面。体现了强盗放下屠刀立地成佛的思想。故事结尾处绘释迦多宝并坐说法图一铺。下开小禅窟四个，龛楣装饰忍冬禽鸟图案。在龛楣之间自东至西穿插宾头卢度跋提长者姊、度恶牛缘、沙弥守戒自杀品和施身闻偈等四个因缘故事画。这几幅故事画的情节与自然环境紧密结合。忍冬花边划分了上层故事画与下层药叉的界限。最下段绘制药叉五身，有的托举，有的挥臂跳跃，有的立掌运气，有的俯首练武。

主室西壁开一圆券形龛，龛内塑倚坐佛一身，佛身后头光内绘一圈化佛及火焰光佛，佛身后两侧上方各画持乐器飞天二身（下面原有胁侍菩萨塑像，但已失），下部两侧画宝珠。龛楣浮塑彩绘火焰化生纹，龛梁塑龙首，龛柱绘莲花。龛外南北两侧画菩萨各二身，塑像仅存莲座，龛下画莲花图案。

西壁开一深龛，佛龛为双层敞口龛，龛内塑像为一铺七身，是一佛二弟子四菩萨（有一身菩萨已毁）。主尊释迦牟尼佛着通肩袈裟，内著僧祇支，头上有螺髻，双目正视前方，面部表情庄严肃穆。袈裟的衣纹自然体贴，并且衣纹的褶襞很浅，采用波浪式的作法，非常写实。迦叶身披袈裟，双手交叠在胸前，两眼凝视前方。阿难身披袈裟，双手合十，神情虔诚，双目下视。龛内南侧的菩萨面相丰圆，他一手托花扬起，一手提净瓶，上身半裸，下着长裙，身体修长而潇洒，璎珞、飘带随身垂下。龛内北侧的菩萨束高髻，头冠已失，面相丰满，双目下视。外层龛北侧菩萨身体修长，衣饰纷繁，神情庄重。内层龛壁画火焰莲花项光、背光，两侧各画一弟子、一飞天，佛光图案较简单，头光大多只画一个圆形光环。 内层龛顶部在佛背光的火焰纹两侧，画出两身散花飞天，内层龛外的龛楣又是外层龛的顶部，龛楣下部为缠枝忍冬、卷瓣莲叶及化生图案，龛楣两侧各画出一身飞天。 内层龛外画出龛梁和龙首龛柱，在龙首后面有一小儿盘腿坐在莲花上，神态天真，双手各持一莲花枝。内层龛外两侧画思惟菩萨各一身，思惟菩萨下各画婆薮仙和鹿头梵志。思惟菩萨头戴三珠宝冠，翘脚坐莲座上，一手支头，一手扶足，头微侧，做出思考的样子，神情动人。婆薮仙满脸胡须，露出一副贪婪的神色，左手持一只鸟，表明他杀生的本性。外层龛南北侧壁上各画菩萨一身。 龛外两侧浮塑龙首龛柱（南侧的已毁）及束帛龛梁。龛沿上部南北两侧画出六身活泼的飞天，一身接着一身向着中间供器相对飞行。飞天上身半裸，着长裙，手托莲花，飞行急速。其中还有两身比丘，身披袈裟，随着飞动的彩云也在飞天的行列中迅疾飞行，与顶部藻井边沿的飞天群遥相呼应。龛外南北两壁上部画佛传故事乘象入胎和夜半逾城。北壁上部画乘象入胎，讲述释迦牟尼的母亲摩耶夫人因梦见菩萨乘六牙白象而怀孕，生下了释迦。画面上菩萨乘象缓缓而行，前有飞天散花，后有月伎演奏音乐，在白象的两根长牙上还站着两个天人也在弹奏乐器。南壁上部画夜半逾城的场面，表现悉达多太子长大成人后见到了人间的生、老、病、死诸苦，一直在思索解脱之道，最后决定出家。画面上太子乘马急速奔驰，马足下四个天人各托一马足乘云升腾而上。龛外北壁下部画菩萨二身，身体修长，足踏莲台，面相丰满，头戴宝冠，并有华丽的头光，璎珞飘带垂于胸前，珠光宝气，富丽堂皇。龛外南壁下部的两身菩萨也站在莲台上，穿着华丽，形态雍容，如右侧这一身菩萨身体略向后倾，面相丰圆，神情庄严。 龛下画供器，两侧画供养菩萨各五身。

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）。