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。

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。

北壁画观无量寿经变一铺，中央为净土、东侧未生怨、西侧十六观为棋格式（下部残毁）。净土中央为阿弥陀佛结跏趺坐于莲花宝座，佛两侧分别绘有一身菩萨立像，这两身菩萨外侧各绘有头戴化佛冠的观音菩萨和头戴宝瓶冠的大势至菩萨。净土场景右下角残存接引佛一身。壁面东侧自上而下绘有太子兵变，幽闭父王，母后奉蜂蜜给父王，守门人报告太子等“未生怨”场景。壁面西侧自上而下绘有日想观，水想观，地想观，树想观等“十六观”场景。

北壁画观无量寿经变一铺（部分残）。无量寿佛端坐于中央说法，两侧绘观音、大势至及众菩萨，下有歌舞伎乐。西侧未生怨，存“囚禁父王”、“母后探视”等情节；东侧存宝池观等十六观场景。经变下部盛唐绘女供养人六身、男供养人五身，西夏绘女供养人四身（上部残），底层剥出盛唐画一坐佛。

北壁绘观无量寿经变一铺，画面中央画说法会，以阿弥陀佛为中心，从佛眉间白毫放出蛇形光束顶线十方画佛，佛周围坐闻法供养菩萨数身。佛两侧分别绘有头戴化佛冠的观音菩萨和头戴宝瓶冠的大势至菩萨。主尊佛上方两侧飞天飞舞，各种天乐不鼓自鸣。下方有七宝莲池，化生童子穿插其间。画面西侧上部绘未生怨，佛为韦提希夫人说法、父母被囚禁等情节。东侧自上而下绘日想观，水想观，树想观等场景。整个画面下部分破坏严重，壁画模糊。

北壁通壁绘观无量寿经变一铺，画面大体分为三部分，中部的阿弥陀净土、西侧和下部的未生怨、东侧十六观。壁面中部为阿弥陀佛净土，居中绘主尊阿弥陀佛，佛结跏趺坐于莲花宝座上，左右各有胁侍菩萨两身。两侧平台上绘以观音或大势至为首的菩萨群像。阿弥陀佛的上部绘宏伟的大型建筑群，中间是前、后佛殿。后佛殿两侧有回廊环绕，并自成一小院，前佛殿院中两边各有四座建筑，其中西侧的一座为钟台，东侧的一座为经台。壁面的西侧上部绘佛在灵鹫山说法，并放眉间相光现十方诸佛的场面，这一场面占去了西侧未生怨的一些壁面，未生怨因而向阿弥陀净土下方延伸，并与东侧十六观画面相联接。西侧未生怨自上而下，从东到西，描绘阿阇世王子发动宫廷政变、囚禁国王、韦提希夫人璎珞盛果浆身藏米面探望国王、佛陀从入宫说法等场景。东侧十六观自上而下描绘韦提希夫人观日、观楼台、观水等场景。

窟顶南披与东披共同构成画萨埵太子本生故事画，其中南披主要绘三位太子辞宫、狩猎、憩息等场景。

北披画面，大体分为三部分。居于画面中心的，是大幅的表现佛涅槃的场景，以此为中心，左侧画面分上中下三层，绘有共8幅佛说法图和其它一些场景；右侧画面相对小一些，绘有“二佛并坐” 、“灵鹫山”和其它一些场景。北披画面表现了《序品》、《方便品》、《见宝塔品》和《观音菩萨普门品》的部分内容。

画《佛顶尊胜陀罗尼》经变。画面中央画大幅的佛说法图。佛结跏趺坐于莲座之上两侧及前方有弟子、胁侍菩萨围绕、闻法菩萨和供养菩萨；说法图上方画须弥山及其上建筑，表现的是帝释天和善住天子所居天界的场景。但画面上只有建筑和树木，并无人物形象。在天界与说法图间的画面面中，并画有帝释天和侍者乘云而降的场景；说法图下方及两侧画面画《序品》及经文中的各个情节场景。其中右侧画面自上而下画有向骷髅撒土的场景以及蛇、野干、乌鹫等动物，画面左侧自上而下绘有得到解脱转世之苦的善住与帝释天回访世尊、世尊摩善住顶授菩提记的场景、安置陀罗尼的高幢、高山、楼阁以及拜塔的人们的场景；下部画面绘有地狱、转生、被牵着手的盲人等表现“七返之身”的场景。

画弥勒经变。画面分上、下两部分。上部画弥勒菩萨在兜率天宫说法，表现“上生”的场景；下部以弥勒“三会说法”为主体；两侧部分及下方画面表现弥勒佛降生的国土中的种种场景，如“儴佉王及眷属剃度”、“弥勒山窟寻访迦叶”、“弥勒回城”等情节。