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。

大迦旃延及五百鹄：图案式的构图中，白鹄如身着白衣的天女，环绕大迦旃延轻盈飞舞，缓缓滑行。洁白的鹄有圣洁之意。《须摩提女经》中所述各罗汉所化乘的马、龙、鹄、狮、虎等各为五百数。在佛经故事画中大多以一代表一百。佛经所记是五百只白鹄，这里却以六个代表五百，看来是画家为构图之美观而作的安排。

水墨山水：《文殊变》上方的山水景物，象征五台山。成“品”字形布局，主峰突起，四周群峰环抱。雄伟的山峰中还有寺院庙宇和殿堂等诸多建筑林立。主峰右侧有一道彩虹桥，桥上人物徐徐前行；山下有洞窟，虚掩着大门，从中还透出一道神秘的光束。左侧壁画虽有部分脱落，但构图依然清晰可辨。房屋建筑大多掩映在山峦和树木之中，并多以侧面描绘，与主峰下建筑的正面相对，主宾关系一目了然。右下部接近大海的地方，画出了水滨浅滩和岩石树木，对应左下方一组突出的山岩，使远近空间关系极为立体的展现了出来。