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。

前部人字披下阙形龛内塑交脚菩萨一身。龛上画坐佛一身，飞天四身。上画天宫伎乐，存八身（熏黑），脊坊、椽坊两端下均有木质斗拱。 龛外两侧画千佛，龛下画难陀出家因缘变一铺。难陀出家因缘是讲：释迦牟尼异母弟名难陀，有妻孙陀利美艳无比。释迦命剃师为难陀剃发，强迫出家。难陀留恋妻子，心怀思念。一日偷跑回家被释迦发现，将他唤回，严加训诫，又领他遍游天宫，观诸天女，复游地狱，见汤镬之刑。难陀悔悟，即一心从佛，成为罗汉。画面以释迦端坐说法为中心，左右对称地表现相同的情节，即“弟子深山坐禅”、“弟子闻法”和“难陀与妻子告别”几个情节。图中佛像右下的比丘即难陀，东西两下角表现难陀与妻子分别时的依恋之情 。此故事画在敦煌仅此一副。 龛下东起画尸毗王本生故事一铺，故事讲：有鹰逐鸽，鸽逃至尸毗王处求保护，鹰向尸毗王索取说，若不还鸽，亦将饿死。尸毗王为了两全齐生，乃割肉赎鸽。鹰求肉与鸽体同重。王身肉将尽，其重犹不如鸽，遂举身坐秤盘内。画面以端坐的尸毗王为中心，左右对称分布主要情节和人物，在同一画面中表现了“鹰飞逐鸽子”、“鸽子向王求救”、“王妃劝阻”、“割肉”、“举身坐称”、“天人赞叹”、和“称鸽”等主要情节。图中以割肉场面居中，尸毗王神情庄严，呈游戏坐姿。画面上方为老鹰逐鸽，右为眷属惊惧哀劝，左为臣民敬仰赞叹，左下一人持称、着胡服。 后部上画天宫伎乐十八身，下方四个圆券形龛内东起分别塑说法佛、禅定佛、说法佛、禅定佛各一身，龛壁画化生童子，依次分别为四身、六身、四身、六身。龛楣画忍冬。各龛之间以忍冬龛梁相联，龛壁画化生童子。尸毗王本生故事画西侧绘制千佛，千佛中央画说法图一铺。 下画边饰一条，边饰下方画药叉二十五身。

难陀出家缘全图：此画与同窟的“萨埵太子本生”和“尸毗王本生”两画的风格一致，构图形式亦同，似应为同一画师或流派相同的画家所绘。图中以释迦像为中心，左右下端绘难陀与孙陀利难于割舍的款款深情，与画面两侧的深山苦修的禅僧恰成对比，又与释迦两旁的戒师、金刚的苦苦威逼形成难解的矛盾。

天人持莲纹人字坡：人字坡繪天人持莲花供养，莲枝用同一种颜色平塗，不加修饰，结构布局主次分明。纹样简洁、朴实，具有汉代纹饰的风韵。

维摩诘经变中帝王前的八位仪卫武士之一，头戴进贤冠，白巾抹额，身穿浅绯色大袖衫，下著白练裙，大袖衫上罩裲襠甲，脚穿麻鞋，手握班剑，体魄魁梧，横眉瞪眼，龇牙咧嘴，气势咄咄逼人。这种武士形象在历代同一题材中未曾出现，其服饰仿唐制，仅头上额巾非红色，脚上所穿非靴。此画线描熟练，运笔爽利。

寺庙为阙形建筑，屋脊上立覆钵塔，塔顶上悬彩幡，翻卷飞舞。阙内悬帐幔，佛立于莲花上，着通肩袈裟，双手当胸结印说法，胁侍菩萨侍立两旁，表现释迦教化说法的场面。此说法图画在阙形寺庙内，形式不同一般。

天人持莲纹人字坡：窟顶人字坡前后面均有泥塑的椽，椽塗红色地，繪金红纹和星云纹。椽间塗白地，繪天人持莲花供养。同一纹样，色彩相间交错，绘制工整，是人字坡图案的代表作之一。现存色彩是后世烟熏所致。

莲花纹边饰：花形如同一片莲瓣，纹样由内卷云纹与圆叶纹组合而成，中有五瓣莲花，作一整二半排列连续，呈现流线动势。

二舞伎均举巾而舞，舞姿动态完全一致，欲用一正面，一背面的处理，使画面既富有变化，又能使观者清晰地看到舞者同一舞姿的正面与背面，使人感到舞者正急步环行。

大殿斗栱：大殿三间，各柱头均为六铺作出双杪斗栱，跳头上施令栱，并有批竹昂耍头，令栱之上有梁头伸出与撩簷枋相交。两次间于阑额上各用一组驼峰小斗作補间铺作，当心间特别宽大，用了三组補间铺作，于额枋上施斗子驼峰，柱头枋上再出一跳。此图与南壁是同一窟的两幅经变画，斗栱的形式、做法却各不相同，反映了斗栱技术的成熟。