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。

图中不鼓自鸣乐器种类众多，吹拉弹俱全，尤其以弦乐乐器精致写实，有箜篌，阮，筝，直项琵琶,曲项琵琶.阮的圆形缚手,捍钹，四轸四弦和码子，以及筝的数弦和单排的三角形码字及岳山均清晰可见；直项琵琶和曲项琵琶均画了六个相，面板上画缚手，捍钹，凤眼，还有花纹装饰。曲项琵琶画四弦，欲画了五弦，想是画工疏忽。

图中一排十二身的飞天，一改早期人物的古朴稚拙，身体清瘦修长，为中原特有的“秀骨清像”造型。东西两端各有一身作散花供养状，其余十身均持乐器，有齐鼓，腰鼓，竖笛，横笛，排箫，笙，直项琵琶，曲项琵琶，阮，箜篌，为北魏以来持乐器品种最多的一组飞天伎乐。东起第一身和西起第一身，这两身徒手而舞的飞天，尤其西起这身飞天，发髻高耸，身材窈窕，具有较浓厚的汉风，右臂垂侧左手置于嘴边，似正在合唱音乐唱歌或呼唤，飘拂的长裙和流动的浮云，承托其轻盈美丽的身影。