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。

平面横长方形帐形顶窟，窟宽8.0米，深4.0米，高4.0米，是西崖三大洞窟之一（另外两个分别是133和135窟）。前壁开门，正、左、右三壁各开一龛，供三佛，其余壁面均绘满壁画，是麦积山石窟壁画最丰富的洞窟。窟内各壁及其窟顶分别绘制了西方净土经变、维摩经变、涅槃经变、地狱变、睒子本生、十善十恶、帝释天出行、七佛等佛经内容。

此窟位于莫高窟南区中部，创建于盛唐（中唐、宋、元重修），是盛唐的代表窟之一。主室为覆斗形顶，西壁开一龛。主室近方形，窟顶藻井画云头牡丹井心，周围方胜纹、半团花、菱形纹、团花、鳞纹、垂角铃幔帷边饰以朱、青、绿敷色叠韵，色彩浓艳厚重，保存犹新，四披千佛。南壁画千佛中央释迦说法图一铺（1924年被美国人华尔纳盗劫两方）。西壁龛内塑像仅存浮塑背光、一弟子、二菩萨。龛顶弥勒说法中二弟子、四菩萨、二天王依次而立，天王身着锁子甲、髀裈，为说法图中仅见。龛壁化八弟子、二菩萨，菩萨服饰华丽；龛外两侧绘观音。北壁画三联式布局之观无量寿经变，中间是“极乐净土”内容，两侧为“未生怨”、“十六观”，形式与阿弥陀经变相类似，此画着力于突出宝池中莲花花生、祥禽瑞鸟与伎乐之描绘，境界优雅，色彩以青、绿、黑为主，色调清淡，为盛唐同类经变题材之一风格。

该窟没有具体的建窟年代，学者推论建于初唐。分前后两室，前室残，人字披顶；主室（后室）平面呈方形，覆斗形顶。此窟以佛教史迹画为主要题材，塑像经五代、西夏、清重修。窟顶藻井画团花井心，垂幔铺于四披，四披各画千佛。西壁开一平顶敞口方形龛，龛中塑像为清代重塑，共五身，正中为一倚坐像，南北两侧塑弟子和菩萨像各一身，皆立于莲花座上。龛顶画菩提宝盖、二飞天。龛壁浮塑山峦影壁（清修）与龛外南北壁画中山水相连。壁画以青绿山水为景，合理表现出近大远小的透视关系，为盛唐山水画家李思训一派之风格（已变色）。龛上画化佛、云气。龛下西夏画趺坐佛，底层有五代、初唐残画。龛外南北两侧画圭纹边饰。南壁上部画千佛，中部画佛教史迹画，自西向东依次为：1.西晋吴淞江石佛浮江；2.东晋扬都金像出渚；3.隋文帝迎昙延法师入朝，下部画菩萨七身。北壁上部画千佛，中部画佛教史迹画，自西向东依次为：1.汉武帝获得匈奴祭天金人与张骞出使西域；2.释迦浣衣池与晒衣石；3.佛图澄之神异事迹；4.阿育王拜外道尼乾子塔；5.康僧会感应故事，下部画菩萨七身。东壁门上画千佛，门下五代画不动佛、弥勒菩萨等十一身；门南画佛教戒律画，下西夏画趺坐佛四身；门北画佛教戒律画，下西夏画趺坐佛三身，画面以组图形式表现僧人守戒所发种种誓愿，系依据北凉昙无谶译《大盘涅槃经》、南宋宋慧观等译《大盘涅槃经》绘制，部分被美国华尔纳于1924年盗走。甬道顶西夏绘团花图案，南北壁绘供养菩萨各三身。前室西披西夏画团花图案三幅（已毁）。西壁门南西夏画普贤变；门北西夏画文殊变（模糊）。底层有五代画千佛、初唐残画。南北壁上各凿一盝形顶的小窟，南侧为324窟，存西夏残画。北侧为325窟，存西夏画说法图部分。此窟南北壁画佛陀胜迹和佛教史迹画，与东壁两侧的戒律画都占据了本窟最显著的位置，毫无疑问是本窟壁画中的主要题材。这些壁画题材在国内诸石窟的雕刻和壁画中均不多见，莫高窟壁画中所绘也极为罕见。佛教史迹画的出现，是佛教中国化的标志，具有非常高的艺术价值和历史价值。

东壁绘维摩诘经变一铺。画面以“品字形”排列，窟门上方为“佛国品”的内容，维摩诘与文殊菩萨分别位于窟门两侧。窟门上方画面中央绘释迦牟尼佛倚坐说法图一铺，佛右下侧描绘宝积长者并五百子持七宝盖献佛的情景，说法图的北侧，绘佛趺坐说法图一铺，描绘的是“香积佛品”中的香积佛国。说法图的南侧，绘“菩萨行品”中维摩诘以神通力手擎大千前往佛所的情景。窟门南侧画面以维摩诘为中心，上部描绘“不思议品”中的“借座灯王”情景，中部绘“问疾品”的维摩诘居士，维摩诘北侧绘“观众生品”中的天女与舍利弗，维摩诘下方绘“香积佛品”中献香饭的化菩萨与“方便品”的王子官属等人。下部绘“权方便品”的情景。窟门北侧画面则以文殊菩萨为中心，上部绘前来问疾的文殊菩萨及其身后随行的佛弟子，文殊菩萨南侧绘手持塵尾的吉祥天女，中部描绘“方便品”中前来问疾的帝王和侍臣。下部模糊。

上画千佛，中部画佛教史迹画，自西向东依次为：1.汉武帝获得匈奴祭天金人与张骞出使西域；2.释迦浣衣池与晒衣石；3.佛图澄之神异事迹；4.阿育王拜外道尼乾子塔；5.康僧会感应故事，下部画菩萨七身。 北壁西侧上部画张骞出使西域图，共由4组画面组成，呈“凹”字型排列，每个画面旁均有清晰榜题，表现汉武帝获得匈奴祭天金人和张骞出使西域的情景。1、在画面的右上角有一殿堂，内有两个站立的佛像，殿堂正面额匾上有“甘泉宫”三字，下方画帝王、臣属持香炉或笏拜谒。2、皇帝骑在马上，左右臣属八人，一人手持曲柄华盖。张骞持笏跪拜辞别，后有从者持节牵马。3、张骞行进在途中。4、远处有一城郭，二和尚立于门外，城内有佛塔。此幅出使图中，张骞一行乘骑半藏山后，表现了山重水复的效果，体现出张骞等人的艰辛，情节、环境相互映衬。 北壁中上部偏西侧画佛陀洗衣池和晒衣石圣迹故事。1、释迦摩尼右手提袈裟立于水边。2、有天女从天空飘飘而降，准备替佛陀清洗袈裟。3、方石旁有一个不信佛教的外道婆罗门，赤裸上身，光着脚，跳踩和弄污方石。4、石上有乌云，云中雷神正击鼓鸣雷。5、方石的右下角再画婆罗门被雷电击毙。6、方石的另一侧有两位天女正在洗石。 北壁中上部偏东侧画高僧佛图澄的故事，以上中下三组画面表现佛图澄的神异事迹，上画佛图澄立于七层塔前，合十向人们解说塔檐的风铃声音有异，指出这是不详之兆，预言石虎和石韬将要火并。中间画一帝王，上有华盖，坐在胡床上与臣属观看僧人施法，这个场面是佛图澄为石虎说法时，幽州四城门起火，佛图澄使神力用酒灭火的情景。左下画一僧人赤裸上身，坐在水池边，正在洗肠的情景，据《高僧传》卷九“佛图澄传”记载，澄左乳旁有一孔，有时肠从中出，或以絮塞孔。夜欲读书，辄拔絮，则一室洞明，又斋日辄至水边，“引肠洗之，还复内中”。 北壁佛图澄故事右下角画阿育王拜外道尼乾子塔。阿育王是公元三世纪中印度摩揭陀国国王，笃信佛教，大造佛塔。画面画一帝王率臣属礼拜六塔，下跪者是阿育王，由于该塔是外道之塔，受不起信佛教的阿育王一拜而倒塌。 北壁东侧上部画康僧会故事。康僧会是三国时代的高僧，主要在江南弘扬佛法，在佛教南传的历史上有重要意义。故事由四组画面表现：1、画康僧会坐鼓帆小舟，顺风而行下江南来到东吴。2、最下面画一帝王向僧人跪拜合十，表示孙皓下跪迎接穿袈裟的康僧会。3、中间画一大帐，账内莲座上舍利放光芒，账外帝王与僧人作谈论状。表示吴人本不信佛教，吴王孙权召康僧会问佛有何灵验，康僧会遂以神力获舍利，光明四射，吴王乃信，立建初寺。4、画一寺院，院外僧人观看并有人运送木料，当为建初寺修造的情景。

上画天宫伎乐十六身，中画千佛，中央趺坐佛说法图一铺，下南起画九色鹿王本生一铺、须摩提女因缘（前半部）。图下画边饰一条，下药叉一排（模糊）。 九色鹿本生故事画为横卷式连环画，绘八个情节，由左右两端开始，中间结束。画面为：1、溺人落水。2、九色鹿救起溺人调达。3、调达跪地谢恩。4、王后要国王捉鹿。5、调达告密。6、国王率军捉鹿。7、乌鸦叫醒九色鹿。8、九色鹿向国王控诉调达。本生故事是表现释迦牟尼佛在过去世中为菩萨时教化众生，普行六度的种种事迹。此铺故事画依据《佛说九色鹿经》绘制，生动表现了人物的神情和内心活动，突出了这一故事宣扬的因果报应的佛教主旨，对画中马的刻画采用写实与夸张相结合的手法，富于弹力。 西壁北段（和北壁）根据三国时期支谦译《须摩提女经》绘须摩提女故事画，共描绘十四个情节（此壁绘前半部情节1-3）：1、须摩提女闭门卧床和焚香请佛。2、乾荼背锅飞来。3、均头沙弥乘五百花树飞来。

北壁绘弥勒经变一铺，以弥勒在龙华树下成道说法为主体，以弥勒三会形成三角形结构。主尊前首先表现儴佉王以镇国七宝和宝幢献给弥勒，弥勒又将宝幢转赐于婆罗门，而诸婆罗门立即拆毁宝幢各共分之，哲理性地表现人生无常，顷刻即逝，只有出家修行，摆脱现实苦难，便能进入净土世界，开宗明义地点出全画的主题思想。中部以小型画面大量描写了弥勒世界的美妙事物，如路不拾遗，一种七收，树上生衣，写经诵经，女人五百岁出嫁，老人自诣墓塋，以及上层的迦叶献袈裟，弥勒观父母，弥勒率弟子乞食翅头末城，以及兜率天宫等神秘场面。东端、西端画菩萨各一身，西端下宋画女供养人四身。

东壁壁画分上下段两部分，上段绘大型维摩诘经变一铺。画面以“品字形”排列，门上方绘佛国品，维摩诘与文殊菩萨分别位于门两侧。北侧画面以维摩诘为中心，维摩居方丈，方丈后方众菩萨前来听法，方丈下方是各国各族王子均来问疾。画面右中部是见阿 佛品中的情节。画面左下方是方便品中的情节。门南侧绘文殊问病，画面以文殊菩萨为中心，文殊坐宝台，中国帝王大臣、各族首领前来探望。东壁下段绘供养人画像。南侧起第一个着回鹘装的供养人是曹议金的夫人，榜题是“故母北方大回鹘国圣天的子敕授秦国天公主陇西李……”。第二个着回鹘装的是嫁给甘州回鹘可汗为夫人的曹元忠的姐姐，榜题为“甘州圣天可汗天公主一心供养”。第三位头戴凤冠的是嫁给于阗国王曹元忠的姐姐，榜题为“大朝大于阗国大政大明天册全封至孝皇帝天皇后一心供养”。第四位是曹议金夫人，曹元忠的生母，广平宋氏。榜题为“故慈母敕授广平郡君太夫人宋氏一心供养”。后面的几位均是曹元忠的姐姐辈的人物。这四位供养人的排列，体现了曹氏家族对甘州回鹘、于阗国采取了联姻、礼让、尊敬的礼仪态度。北侧南起第一至第七身供养人均为宋代重绘。第一至第三身为比丘尼，仅第三身榜题较完整，题为：“故姨安国寺法律尼临坛大德沙门性真供养”第四至第六身也相同题称“外甥甘州圣天可汗的子天公主”，可见这些比丘尼原来都是曹氏家族的成员。第七身供养人头戴凤冠，饰步摇，服饰华丽，榜题为“大朝大于阗国天册皇帝/第三女天公主李氏为新/授太传曹延禄姬供养。”北侧后面几身供养人像为曹元忠时代的原作。榜题分别为：“故伯母武威郡夫人阴氏一心供养”、“故母钜鹿郡君夫人索氏一心供养”等。这时提到的阴氏、索氏、慕容氏等都是敦煌一带的世家望族，反映了曹氏家族对外联姻，以巩固其统治地位。

主室南壁上部画天宫伎乐十二身以及天宫栏墙和垂幔。中间绘千佛，前部千佛下方绘药师佛一铺，后部千佛中东侧开内外层龛，忍冬龛楣，内层塑一佛、二弟子（仅存西侧弟子），外层塑二菩萨（仅存东侧一身），西侧画说法图一铺。南壁下层为宋代绘供养比丘、男供养人共九身，底层露出隋代残画。南壁地缝东向面第一身题名为“弟子张子超供养”。