该窟开凿于西魏大统年间（主室北壁发愿文中存有西魏大统四年（538年）、五年（539年记年），是敦煌石窟中最早有确切开凿年代的洞窟。主室为覆斗顶形窟，平面为方形。窟室中央现存一元代所建的方形坛台，南壁和北壁对称地各开凿4个小禅室。部分禅室内或门口还残留有元代所修小塔的部分塔身。窟顶中心方井画华盖式藻井。四披绘中国传统神话诸神与佛教护法神形象，有摩尼宝珠、力士、飞天、雷公、乌获畏兽、伏羲、女娲等。四披下部一周绘有３６身禅僧于山间、草庐中坐禅。山林间绘有各种野兽及捕猎场景。西壁中央凿一圆券形大龛，两侧各有一小龛。主龛内为倚坐说法佛，小龛内各一身戴风帽禅僧塑像。龛外壁面上部画诸天外道形象，有日天、月天、诸星辰、摩醯首罗天、毗瑟纽天、鸠摩罗天、毗那夜迦天及供养菩萨等，下部画四天王、婆薮仙等，最下部龛沿画忍冬纹边饰南壁分上、中、下三段。上段通壁绘11身持乐器的伎乐飞天；中段通壁绘《五百强盗因缘》故事画，末尾处绘释迦、多宝“二佛并坐”；下段开四个小禅室，禅室间壁面自东向西绘有《化跋提长者姊缘》、《度恶牛缘》、《沙弥守戒自杀缘》和《婆罗门施身闻偈》故事画。其表现形式，或长卷连环画，或单幅画。故事画下方绘金刚力士。北壁分上、下二段。上段通壁绘有七铺说法图，每铺下方均有发愿文和男、女供养人。其中西起第二铺和第七铺说法图发愿文题留纪年还可读识。下段亦开有4个小禅室，与南壁小禅室相对应。东壁门上方绘有三身坐佛，门南、北侧各绘大型佛说法图一铺。甬道顶层残存中唐所绘趺坐菩萨一铺，南壁中唐画不空绢索观音经变一铺，北壁中唐画如意轮观音经变一铺。前室平面横长方形，窟顶为一面斜坡形，存宋画残痕。前室西壁门上开一小窟（敦编第286窟），门南残存宋代供养人像，底层可见中唐画，最底层为西魏壁画。门北为第287窟，存宋画男供养人像。

莫高窟第302窟开凿于隋代，五代时期重修。整个洞窟由主室、甬道和前室三部分构成。主室为中心塔柱窟，窟顶前部人字披东披分上下两段绘制佛教本生故事画，后部平顶绘隋代画说法图、平棋图案等。中心塔柱顶部与窟顶相连，作须弥山状，上部为圆形七级倒塔，下部由方形两层台座组成，共承倒塔，台座上层四面各开一圆券形龛。中心柱东向面龛内塑一佛、二菩萨（北侧一身失），龛外两侧塑二菩萨（仅残存北侧一身），浮塑彩绘化生龛楣、龙首龛梁、莲花龛柱；南向面龛内残存彩塑佛一身，菩萨二身（清修），龛外两侧塑二菩萨（仅残存东侧一身）；西向面龛内塑一佛、二弟子，二弟子像为清代重修；北向面龛内塑一佛二弟子，龛外两侧二身塑像已失，均为清代重修；中心柱底座北向面下层壁画隐约可见“开皇四年六月十一日”等字样，据此可知此窟开凿于开皇四年（584年）左右，故此窟又称“开皇四年窟”。这一确凿的纪年题记不仅是隋代洞窟时代判断和分期的可靠依据，也是此时期洞窟艺术风格研究的标尺。洞窟主室西壁中央开一内外层佛龛，内层塑一佛、二弟子，外层塑二菩萨（均无头）。内层龛壁画佛头光两侧画二身化生形象。龛外下层为宋代画比丘尼八身，底层露出隋代残画，龛顶从左到右画天宫伎乐十身；主室南壁上部自西向东依次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，后部千佛东侧开内外层龛，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），忍冬龛楣，千佛西侧画说法图一铺。南壁下部与地面相接处为宋代绘供养比丘像、男供养人像共九身，底层露出隋代残画；北壁千部绘有释迦、多宝二佛并坐说法图一铺，后被穿洞所毁，下部与地面相接处表层壁画为宋画供养人一排，多处底层露出隋代绘画；东壁上部画天宫伎乐，栏墙和垂幔，东壁门上方画说法图一铺，两侧绘千佛，其余为比丘和供养人。甬道盝形顶中央为宋代绘千手千眼观音变一铺，甬道南北两壁各画宋代趺坐佛四身。前室顶大部分坍塌，西壁门两侧存宋代画毗沙门天王赴哪吒会图各一铺；东壁门南上部为宋代画如意轮观音变一铺，中部为宋代画四龙王礼佛图；门北上画不空绢索观音变一铺，中画四龙王礼佛。

这是根据《佛说药师如来本愿经》画的巨型壁画，主题为七身药师佛。他们的身边有日光、月光菩萨、还有十二员药叉神将，保护众生免于苦难。在药师佛的前面，中华登楼‘西域灯轮并出，灯火辉煌，展现出规模巨大的舞乐场面。 二十把八人组成的乐队，有不同肤色民族乐工，演奏着中原、西域的乐器。中间的灯楼座下，题有墨书发愿文“贞观十六年岁次壬寅奉为大云/寺律师道弘法师口奉口/……”。这是敦煌初唐壁画中最早的纪年。 画面下部中间，画著名的胡旋舞。北壁东方药师变下部的乐舞场面,用中间的灯楼为界， 分为左右两组，各有一对舞者，东侧素裹白裙，西侧穿锦 衣石榴裙，均在小圆毯上急速旋舞，应该是典型的胡旋舞。两边除乐队外，还画有二菩萨正在燃点树形七层药师灯轮。 灯火辉煌，更增添了歌舞欢乐的气氛，烘托了东方药师净土。这是敦煌壁画中最美妙的乐舞图之一。

迦叶佛结跏趺坐莲花座上，手施无畏印。胁侍菩萨头挽双髻，手捧莲花，含笑而立，空中降下莲花生童子。莲花座前有“大统四年”纪年题记。

题记七佛说法图：七佛为释迦牟尼佛和过去六佛。图中七佛结跏趺坐须弥座或莲花座，着通肩袈裟，作说法印，每尊佛两侧菩萨侍立。七佛是毗婆尸佛、尸弃佛、毗舍婆佛、拘楼孙佛、拘那含牟尼佛、迦叶佛、释迦牟尼佛，与释迦佛并坐的可能是未来佛弥勒。说法图下面是供养人像和发愿文，其中有西魏文帝元宝炬大统四年、五年（公元538年、公元539年）题记，是莫高窟现存最早的纪年题记，有重要的历史价值。