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。

该窟创建于隋，宋、西夏重绘部分壁画，主室为覆斗形顶，南、西、北壁各开一龛，被称为“三龛窟”。主室窟顶为斗四莲花藻井，花饰三兔纹样井心。藻井内岔角绘童子形飞天，外岔绘有翼兽，方井外框饰以忍冬狮子联珠纹。四边垂幔铺于四披。四披绘有大幅的经变场画。各场面间以树石花卉、塔庙寺院、流泉莲池、行云飞花等景物作为分隔。但由于四披画面稠密繁杂，加之变色严重，其中的一些画面识读起来十分困难，因此学术界对该窟四披内容的认识也存在争论，主要分为“法华经变说”和“法华经变与涅槃经变说”。本解说以“法华经变说”为准。西壁开一内外层方口圆券龛，龛内塑一趺坐佛、二弟子、四菩萨。龛外南北两侧上部绘维摩诘经变，南侧是文殊菩萨，北侧是维摩诘，两侧下部各绘五弟子、四菩萨。西壁下部宋代绘供器和供养菩萨。南壁和北壁中央都开一方形浅龛，龛内塑趺坐佛一身、菩萨二身。佛袈裟下摆绘有数个万字符号（“卍”）。龛外四周绘千佛。龛下宋代绘供养菩萨。东壁门上中央绘说法图一铺，说法图下有宋代题愿文题榜一方（模糊），题榜北侧宋代绘世俗男供养人二身，题榜南侧绘宋代世俗女供养人一身（模糊）、比丘尼一身。门南上部隋代绘千佛，下部宋代绘男供养人六身，门沿宋代绘幢幡一个。门北上部隋代绘千佛，下部宋代绘女供养人四身、供养菩萨一身，门沿宋代绘幢幡一个。甬道已被西夏重绘，顶中央绘团花，南、北披绘垂幔，南、北壁绘供养菩萨各二身。前室已被西夏重绘，顶西披残存部分团花图案，底层露出隋代壁画。西壁门上开一小龛，龛内为菩萨、花卉，龛外绘一兰若，门南、北上部各存说法图两铺，说法图下绘供养人，人物形象模糊。南、北壁绘垂幔、项光各一部分，南壁底层露出部分宋绘供养人。

主室方形，中有佛坛，前室横方形，有长甬道。此窟弥勒变中有古藏文题记和吐蕃男子与汉族女子的婚礼图，可知建于吐蕃占领瓜州而尚未占领沙州之间，即大历十一年（776）至建中二年（781）间。主室顶部塌毁，前室五代重修，原作保存十分完好。东壁绘密教“八大菩萨曼荼罗”，南壁绘观无量寿佛经变，北壁为弥勒变，在经变两侧还有观音、势至、地藏等菩萨单身像，西壁门两侧绘文殊变、普贤变。前室东壁南北相对为毗琉璃天王和毗沙门天王，守卫佛国。

北壁西起画报恩经变、药师经变各一铺，下屏风画模糊。报恩经变依据《大方便佛报恩经》绘制而成，中部为序品佛说法场面，释迦摩尼佛结跏趺坐在莲花宝座上，众菩萨、弟子及诸天圣众等围绕供养，静听佛法。佛案前为舞乐菩萨。舞乐场面以下画序品中阿南乞食路遇婆罗门子孝养父母故事。其东侧为孝养品须阇提太子本生，西侧是亲近品中的坚誓狮子本生和小比丘为护持正法，独自感化群贼的故事，经变上部宝盖后画山水，以示耆阇崛山，围绕着山水，画论议品中的鹿母夫人故事。画面两上角为论议品，西下角为亲近品，东下角为序品。 药师经变构图与阿弥陀经变十分相似。不同的是药师经变中绘有十二药叉大将。图中药师琉璃光佛居中，左右协侍为日光、月光二菩萨，其余的听法会众列置两旁，俱在中央平台上。前台设乐舞。平台均坐落在水池中，水池周围起殿堂楼阁。建筑宏伟，界画线描完整清晰。

主室窟顶为斗四莲花藻井，花饰三兔纹样井心。藻井内岔角绘童子形飞天，外岔绘有翼兽，方井外框饰以忍冬狮子联珠纹。四边垂幔铺于四披。垂幔呈鳞片形和垂角形多层重叠的形式，色彩以黑、褐、赭红为主色。窟顶的四披绘有大幅的经变场画。各场面间以树石花卉、塔庙寺院、流泉莲池、行云飞花等景物作为分隔。但由于四披画面稠密繁杂，加之变色严重，其中的一些画面识读起来十分困难，因此学术界对该窟四披内容的认识也存在争论，主要分为两大派。即“法华经变说”和“法华经变与涅槃经变说”。本解说以“法华经变说”为准。

维摩诘经变：北壁绘制维摩诘经一铺，下屏风三扇，绘制方便品等，北侧绘女供养人二身。摩诘所说经 是佛教大乘经典。一称《不可思议解脱经》，又称《维摩诘经》《净名经》后秦鸠摩罗什译有3卷，14品。叙述毗耶离（吠舍离）城居士维摩诘，十分富有，深通大乘佛法。通过他与文殊师利等人共论佛法，阐扬大乘般若性空的思想。

此窟的《法华经·髻珠喻》是敦煌壁画中相同题材情节最丰富的一幅，只见在皇宫内，转轮圣王正在部署讨伐周边小国；宫城外两军隔河对垒，十分惨烈，受伤兵马挣扎于激流中；转轮圣王军押解战俘，凯旋而归；皇宫内正在论功行赏。整个场面令人联想到当年归义军征战场面之一二。

画面的右侧，是玩聚沙游戏的儿童，那充满稚气的神形，十分可爱。这正是形象的阐释佛经，礼拜佛塔，固然是功德，连儿童聚沙筑塔，也是积功德。两幅画面紧联一起，更能一目了然佛经内容。

宫墙外山水：“未生怨”故事的上部表现佛为韦提希夫人说法的情节。画面的视点极高，仿佛从空中俯瞰，远处的原野与近处的山岩、河流尽收眼底。水面的波浪、旋涡画得生动自然，树叶的点法十分娴熟。

配殿及双楼：净土寺院中的配殿，为一殿二楼的布局。楼虽比殿高，但殿的体量较大，位置前突，楼殿组群配合十分协调。在现存的建築实例中，殿楼不是建在水中，而是建在地面上，配殿与双楼建于水中的平坐上，这种建築形式与日本古建築中的“寝殿造”十分相似。规模如此之大的配殿，在唐宋遗迹中还没有发现实例。