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。

受惊的野牛：画中受惊的野牛．边逃边回首，画师仅用慨括简练的速写勾勒出野牛的动态神情，逼真传神。这充分表现出作者绘画技巧的娴熟。该图还表明早在南北朝时期，画师对于野牛结构的认识已经达到较高的水准。

献花伎乐飞天：此图与前图像对称。飞天在火焰背光上方飞行，有的捧花盘供养，有点弹奏箜篌、琵琶，有点吹横笛和笙，有声有色。画法是用粗重的黑线勾出面部，头发和宝冠并不用粗线勾勒，形成奇特画面效果。

文殊坐狮特写：文殊菩萨所乘的狮子，头部刻画细致入微，其造型具有图案化的典型性，线条起伏运转，而且规整，上眼睑一笔而就，有轻重粗细变化，墨色润泽，形成一条漂亮的曲线，下眼睑在淡墨之上提加浓墨线，眸子两层深浅略异的墨色，湿润有神，嘴沿处除勾勒出胡须之外，还点画出皮毛上的点状刺斑，益发生动。

高髻胁侍菩萨：菩萨头束金冠，挽高髻，璎珞饰身，腰束红裙，侧身而立。其仪态沉静含蓄，手势自然有力，勾勒技法娴熟，色彩明亮鲜丽。

狼： 山林中画一只狼正在觅食，画家勾勒出轮廓线后，直接以石绿色平涂画岀，用色颇为夸张，似未再描定线， 这颇似一幅没骨画，因画笔中的颜料与水分略有浓淡深浅 , 笔触天然留下晕染之状 。

五台山图局部3：在表现山岩时，轮廓线内用黑、黄、白、绿四色分层染出，勾勒皴擦的用笔都有转折强烈的特点，反映出此图注重近景岩石的表现，而山水画的整体性则相对不足。

狮子：此为文殊变中的青狮，威武强壮。在画法上，是先用墨线勾勒好轮廓，然后敷彩渲染，将狮子身上的肌肉用深浅两种色调染出圆球形，不再描定稿线，并以水绿色烘染胡须、尾毛及鬣毛。

十一面千手千眼观音变：元代3窟北壁中间画千手千眼观音变一铺（观音居中，两上角飞天各一身，西侧吉祥天，东侧画婆薮仙，西下三头八臂金刚、象头毗那夜迦，东下三头六臂金刚、猪头毗那夜迦）密宗题材。千手千眼表明观音观照、护持和救度众生，法力广大。壁画作者综合了北魏、隋唐以来的线描技巧，以遒劲的铁线描勾勒出颜面、手、臂和足踝，又以生动的兰叶描、折芦描等描法画出繁复的衣褶和飘带，造型准确，色彩淡雅，质感很强，人物神态端庄。作者以极大的功力一丝不苟地画出千手千眼，用笔纯熟。壁画代表着元代线描艺术的卓越成就。