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。

主室西壁上绘五台山图一铺，下绘屏风画佛传故事15扇。五台山图长13米、高3.6米，画面分为上、中、下三部分。上部主要描绘各种菩萨赴会和日、月诸天、罗汉、天龙等各种各样的灵异瑞现，中部描绘五台山的五座台顶及其间的几十座寺院、佛塔等圣迹，下部详细描绘了从山西太原到河北镇州(今河北正定县)方圆五百里地的山川道路及道路上参礼五台山的人物等等。图中共有榜题195条，其中有关灵异瑞现的46条，寺院（包括兰若、庵等）85条，塔15条，有关地名的32条，送供人、游台道人之类12条，其它的5条。下部的屏风画佛传故事15扇，从南向北第一扇“击鼓报喜”、“九龙灌浴”、第二扇“阿私陀仙占相”、第三扇“七日丧母”、第四扇“姨母养育”、第五扇“八岁就学”、第六至七扇“向师忍天学艺”、 第八扇“游观农务”、第九扇“树下思惟”、“造三时殿”、第十至十二扇“角技议婚”、第十三扇“太子结婚”、第十四扇“后宫娱乐”、第十五扇“出游四门”、“决意出家”。

东壁北段画清净法身卢舍那佛及四大菩萨（南部残），为三身佛中之报身。密教作菩萨形，双手重叠置于脐下，结跏趺坐，光环重叠，作修持状。人体比例匀称，肌肉丰满，展示出密教佛像的特色。四大菩萨为“地藏菩萨”、“文殊师利菩萨”、“虚空藏菩萨”、“弥勒菩萨”，均座于缠枝莲花上。东侧画药师佛立像一身，着田相袈裟，右手执锡杖，左手持药钵，赤足立莲花上。

东壁通壁绘法华经变观音普门品。东壁门上绘释迦牟尼佛在灵鹫山说法场面，佛两侧绘菩萨数身。说法图南侧绘一塔，塔内二佛并坐说法，塔南北两侧各绘菩萨一身。门南北两侧自上而下绘观音救诸难和三十三现身的画面。观音救诸难的画面描绘了人们遇到水难、火难、雷暴难、兽难、刑戮难、贼难等灾难时，只要称念观音名号，就可得到解脱的场景。观音三十三现身的画面描绘了观音大慈大悲，满足众生一切愿望，解脱众生苦难，并能根据众生的要求，现佛身、宰官身、比丘身、毗沙门身、优婆夷身、妇女身等各种形象为众生说法的场景。门北沿有五代时期抹壁改绘一身比丘洪认供养像，画像身量高大如同真人，批田相纹袈裟，手持香炉，立方毯上，左肩上方有红地墨书题榜。

於是窮子為辛墾苦作種耕耘數在野田以庸馳業竊來飲食共濟貧軀善福未圓常營此也

释迦佛交脚而坐，身着大红田相袈裟，作说法相，头光和背光使佛像更稳健庄重。两侧的菩萨，仍为北朝时的裙披式服装。菩萨面部晕染采用浓重的西域式晕染法，仍保留着早期人物画的风格特征。

阿弥陀佛说法图中的弟子，年少英俊，面部红润的色泽显示了充沛的内在生命力，神情庄严沉静，手托水晶钵，身着田相袈裟，默默佇立。

时净饭王闻此相师占观妃梦云…相之后即…四门之外并衢道头有人行处安以无遮义会之所人来须者尽皆施与所谓饮食衣服香花炊饭舍宅车乘皆悉与之悉为资益于菩萨故设是供养

药师佛：药师佛身披田相纹袈裟侧立于莲花之上，左手托药钵，钵内盛满药丸，右手执锡杖靠于肩上，神情庄严，法相慈悲祥和。

是时护明菩萨大士正念从兜率下托净饭王第一大妃摩耶夫人右胁住已是时大妃于睡梦中见一六牙大白象王其头朱色七支拄地以金黄色牙乘空而下入于右胁夫人梦已明旦即白净饭大王如是梦大王闻已遂召国师大婆罗门而占吉凶时诸师奏言太子大吉大善