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。

第254窟建于北魏。洞窟位于莫高窟崖面中层，是莫高窟最早的中心塔柱式洞窟。洞窟前部为人字披顶，人字披南北两端模仿汉式传统木构建筑形式，承托有木质斗拱。在东西两披上浮塑有数条凸起的椽子，椽间饰以手持莲花、忍冬的天人图案。洞窟后部为平顶，中央有方形中心塔柱，连接窟顶和地面。中心柱四面开龛。东向面开一大龛，内塑交脚弥勒佛像，佛两侧原各有胁侍菩萨二身，现南侧残存一身，北侧存二身。龛内火焰纹头光、身光两侧画供养菩萨，其下分别画婆薮仙和鹿头梵志。龛顶画飞天。龛楣饰莲花化生童子，龙形龛梁，两侧塑束帛柱承托。龛上和两侧影塑供养菩萨大多残损，仅存数身。中心塔柱南北西三面均开上下两龛；南北向面上层为阙形龛，内塑交脚弥勒菩萨像；下层为圆拱形龛，内塑禅定佛像。西向面上层为双树龛，下层为圆拱龛，塑像均为结跏趺坐的禅定佛。龛外还塑有胁侍菩萨。在上层龛两侧均有影塑菩萨，但都已被熏黑。中心柱下部即塔柱四面画有药叉像。南北两壁在前部人字披下各开一阙形龛，内塑交脚弥勒菩萨，洞窟后半部的南北两壁上端各开四个圆拱形龛，内塑佛说法像及禅定像各两身，其中南壁四龛中佛像头部均残，北壁尚有两身保存完好。洞窟四壁最上层绕窟一周画天宫伎乐，中段画大量千佛，千佛旁均以榜题标明佛的名号，共计有千佛一千二百三十五身。南北壁的西侧与中心柱相对的位置各画说法图一铺。西壁中央画白衣佛说法图一铺。洞窟前部南北壁中段绘有本生故事和佛传故事，南壁前部阙形龛下绘制了降魔变，紧邻降魔变的西侧，绘本生故事画萨埵舍身饲虎本生。北壁前部阙形龛下绘大幅因缘故事难陀出家因缘，西侧绘尸毗王本生故事。洞窟四壁所绘千佛、说法图和故事画的下方，是一条由方格纹、菱形纹等几何纹样与变形的莲花、缠枝忍冬纹等植物纹样相交而成的一条连续性装饰带，在四壁最下层，即装饰带下方，画有数身药叉像。洞窟东壁门上方，开有一方形明窗。门与窗的南北侧均画千佛。洞窟甬道北壁残存隋代画说法图一铺。

门北侧表现“化城喻品”、“随喜功德品”，门上表现“常不轻菩萨品”，门南表现“药王菩萨本事品”、“如来寿量品”等。

北壁西起画报恩经变、药师经变各一铺，下屏风画模糊。报恩经变依据《大方便佛报恩经》绘制而成，中部为序品佛说法场面，释迦摩尼佛结跏趺坐在莲花宝座上，众菩萨、弟子及诸天圣众等围绕供养，静听佛法。佛案前为舞乐菩萨。舞乐场面以下画序品中阿南乞食路遇婆罗门子孝养父母故事。其东侧为孝养品须阇提太子本生，西侧是亲近品中的坚誓狮子本生和小比丘为护持正法，独自感化群贼的故事，经变上部宝盖后画山水，以示耆阇崛山，围绕着山水，画论议品中的鹿母夫人故事。画面两上角为论议品，西下角为亲近品，东下角为序品。 药师经变构图与阿弥陀经变十分相似。不同的是药师经变中绘有十二药叉大将。图中药师琉璃光佛居中，左右协侍为日光、月光二菩萨，其余的听法会众列置两旁，俱在中央平台上。前台设乐舞。平台均坐落在水池中，水池周围起殿堂楼阁。建筑宏伟，界画线描完整清晰。

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.东晋扬都出金像（大部被美国人华尔纳盗劫破环）；3.隋文帝迎昙延法师入朝，下画菩萨七身。 南壁西侧上部画西晋石佛浮江故事。由西端开始：1、画二佛立于水面上，僧俗数人在岸上作礼拜状。2、下面画道士扬幡设醮迎接。3.以东画吴县人朱膺和东林寺僧人雇船载石佛去通玄寺，江岸僧俗妇孺纷纷往迎、跪拜。 南壁中上部画东晋扬都金像出渚故事。图中左、中、右分别画光芒四射的佛像、莲座、佛光，画面与故事中得金像、得趺座、得佛光的描述相吻合。位于得趺座的场面之下，莲座下方一叶小舟，扬帆海上，舟中有比丘和船工数人，就近迎接佛像。画面中迎佛的大船画面已被华尔纳劫走，现仅存两名纤夫和迎佛的僧俗人众。 南壁东侧上部画昙延法师祈雨的故事。由4个画面组成，呈“凹”字型排列：1、画肩舆中坐一僧人，六名轿夫弓身抬行，榜题为“帝迎法师入朝时”。2、画一帝王向一僧人行礼，帝王后侍臣四人，其中一人持曲柄华盖。3、上画宫殿内一僧人坐高座上，殿前阶下一帝王率领臣属五人跪拜施礼，天空乌云密布，大雨将至。4、上画城内大帐中，一僧人坐高座上讲说，前有一帝王坐胡床上恭敬聆听，五人侍立左右。又画一舍利塔大放光芒，榜题为：“延法师于塔前与文帝说涅槃经并造疏论讫感舍利塔三日放光”。

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。

北壁上部绘弥勒经变一铺，下部五代绘供养人。弥勒经变画面用水池和楼阁亭台表现弥勒净土世界。楼阁亭台被水池环绕分隔，各建筑之间用各种桥梁连接（被美国人华尔纳盗走2方）。画面分为两部分，上部中间为《弥勒上生经》中所描绘的弥勒菩萨在兜率天宫说法的情景。弥勒菩萨居楼殿中央倚坐说法，上悬华盖，侧侍二身立菩萨。其余画面描绘的是《弥勒下生经》中弥勒降世后的龙华三会的情景。兜率天宫说法场面的下方为龙华三会之初会，左右两侧为二会和三会。壁面下部五代绘男供养人17身。

北壁画观无量寿经变一铺，壁面上层绘有十方佛赴会，一佛二菩萨，头顶华盖，坐于祥云之中，与南壁一样，琵琶、箜篌、排箫、古琴腰鼓、阮咸等各种乐器乘着飘带飞行。 经变正中上方有三座大殿，大殿殿顶两侧是两身飞天，动势都朝着大殿。 三殿前后排列，均为单层，单檐庑殿顶，两侧各置单层配殿，配殿左右又各置二层楼阁，单檐歇山式顶，以廊庑与中部后殿相接，廊庑转角处，于庑顶置角楼，两角楼外侧绘出缭绕的蓝绿色云海，苍茫延伸至地平线，两身小飞天从廊殿顶处升起，恰巧与后面的云海相映成趣。 画面殿堂与角楼的檐下椽飞斗栱用仰视角度现出斗拱，结构严密，两侧的配殿用俯视角度，显示出层次、结构上的井然有序，人物用正投影。 无量寿佛座前有胡跪供养菩萨，以花朵、香炉虔诚供养，飘带环绕，描绘流畅生动。 三殿前有大平台，画无量佛、二胁侍及诸菩萨；中间有三座小平台，左右平台为由十六身乐伎组成两组乐队，中间平台二乐伎对舞； 三平台前面另有三座小平台，中间平台画白鶴、孔雀、鹦鹉、迦陵频伽、共命鸟，左右平台置化佛与诸菩萨。 全部建筑架在宝池中，池中有莲花、化生、鸳鸯，平台之间及平台与殿堂之间均以斜道与小桥相连，宝池的水纹、漩涡用线粗细有变化，颇有碧波荡漾的质感，是最宝贵的唐代建筑资料。 西侧未生怨、东侧十六观。 北壁西起画观世音菩萨三身；下宋画女供养人一排，底层盛唐画供养人（模糊）。

北壁中央开一方形浅龛，四周绘千佛。龛内塑趺坐佛一身、胁侍菩萨二身，佛袈裟下摆绘有数个万字符号（“卍”），龛顶绘飞天二身，火焰忍冬背光，佛两侧各绘弟子五身，佛座两侧各绘一狮子。龛沿为联珠纹图案，北壁下部宋代绘供养菩萨十四身。