该窟建于北魏统一河西后。原为人字披中心塔柱窟，因东壁塌毁，仅存人字披少部及塔柱。整窟平面呈方形，窟顶前部为汉式人字披顶，西披画供养天人持莲花，脊枋存部分平棋图案；后部为平棋顶，仅东南角存斗四平棋图案两方，其中一方中央表现莲池中裸体童子游泳，外侧四角表现四身飞天，边沿以忍冬装饰。后部中央有中心塔柱连接窟顶与地面，塔柱四面开龛，东向面开圆券形主龛，龛内塑倚坐弥勒说法像（眼、鼻、手已损毁），着右袒式袈裟，衣褶采用贴泥条和刻阴刻线相结合的表现手法，自然流畅。龛内两侧分上下层各绘十身供养菩萨，龛顶画四身飞天及佛背光图案，龛楣装饰莲花化生图案，两端为双龙装饰。主龛外原塑天王二身，现北侧存一身天王像，是莫高窟现存北朝唯一的彩塑天王像。龛上部存浮塑供养菩萨，龛下部塔座座沿北魏画供养人（模糊），塔座最下部有宋朝绘供养人像（模糊）。塔柱其余三面均上下开龛，南北面上层均作阙形龛，内塑菩萨像，西壁与其他各龛均塑禅定像，各龛外两侧均塑菩萨像。此窟前半部南北壁东侧（人字披下）画大型说法图，现大部已毁；靠后各部中央画小型说法图一铺。后半部现存西、南、北三壁壁画，作三段式布局，上段画天宫伎乐通绕全窟，中段画千佛，最下层为药叉（金刚力士）。在千佛、力士之间，有一横长的故事画带通联三壁，南壁画沙弥守戒自杀因缘故事及弊狗因缘故事，西壁绘九色鹿王本生故事，西壁北段与北壁画须摩提女因缘故事。这些在赭红底壁上绘成的故事画，都以人物、动物为主，山水、房宇、车马、器物仅为衬景，这正是汉晋传统画风在佛教壁画上的延续。此窟的连环故事画，是莫高窟开窟以来的全新构图形式，是敦煌壁画故事中的经典之作，对此后莫高窟佛教艺术的发展具有深远的影响。

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。

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。

该窟没有具体的建窟年代，学者推论建于初唐。分前后两室，前室残，人字披顶；主室（后室）平面呈方形，覆斗形顶。此窟以佛教史迹画为主要题材，塑像经五代、西夏、清重修。窟顶藻井画团花井心，垂幔铺于四披，四披各画千佛。西壁开一平顶敞口方形龛，龛中塑像为清代重塑，共五身，正中为一倚坐像，南北两侧塑弟子和菩萨像各一身，皆立于莲花座上。龛顶画菩提宝盖、二飞天。龛壁浮塑山峦影壁（清修）与龛外南北壁画中山水相连。壁画以青绿山水为景，合理表现出近大远小的透视关系，为盛唐山水画家李思训一派之风格（已变色）。龛上画化佛、云气。龛下西夏画趺坐佛，底层有五代、初唐残画。龛外南北两侧画圭纹边饰。南壁上部画千佛，中部画佛教史迹画，自西向东依次为：1.西晋吴淞江石佛浮江；2.东晋扬都金像出渚；3.隋文帝迎昙延法师入朝，下部画菩萨七身。北壁上部画千佛，中部画佛教史迹画，自西向东依次为：1.汉武帝获得匈奴祭天金人与张骞出使西域；2.释迦浣衣池与晒衣石；3.佛图澄之神异事迹；4.阿育王拜外道尼乾子塔；5.康僧会感应故事，下部画菩萨七身。东壁门上画千佛，门下五代画不动佛、弥勒菩萨等十一身；门南画佛教戒律画，下西夏画趺坐佛四身；门北画佛教戒律画，下西夏画趺坐佛三身，画面以组图形式表现僧人守戒所发种种誓愿，系依据北凉昙无谶译《大盘涅槃经》、南宋宋慧观等译《大盘涅槃经》绘制，部分被美国华尔纳于1924年盗走。甬道顶西夏绘团花图案，南北壁绘供养菩萨各三身。前室西披西夏画团花图案三幅（已毁）。西壁门南西夏画普贤变；门北西夏画文殊变（模糊）。底层有五代画千佛、初唐残画。南北壁上各凿一盝形顶的小窟，南侧为324窟，存西夏残画。北侧为325窟，存西夏画说法图部分。此窟南北壁画佛陀胜迹和佛教史迹画，与东壁两侧的戒律画都占据了本窟最显著的位置，毫无疑问是本窟壁画中的主要题材。这些壁画题材在国内诸石窟的雕刻和壁画中均不多见，莫高窟壁画中所绘也极为罕见。佛教史迹画的出现，是佛教中国化的标志，具有非常高的艺术价值和历史价值。

南壁绘有地狱经变，东侧为“十善”部分，一生平积善行德之人在死后被飞天迎接到西方极乐世界；西侧为“十恶”部分。

上画千佛，中部画佛教史迹画，自西向东依次为：1.汉武帝获得匈奴祭天金人与张骞出使西域；2.释迦浣衣池与晒衣石；3.佛图澄之神异事迹；4.阿育王拜外道尼乾子塔；5.康僧会感应故事，下部画菩萨七身。 北壁西侧上部画张骞出使西域图，共由4组画面组成，呈“凹”字型排列，每个画面旁均有清晰榜题，表现汉武帝获得匈奴祭天金人和张骞出使西域的情景。1、在画面的右上角有一殿堂，内有两个站立的佛像，殿堂正面额匾上有“甘泉宫”三字，下方画帝王、臣属持香炉或笏拜谒。2、皇帝骑在马上，左右臣属八人，一人手持曲柄华盖。张骞持笏跪拜辞别，后有从者持节牵马。3、张骞行进在途中。4、远处有一城郭，二和尚立于门外，城内有佛塔。此幅出使图中，张骞一行乘骑半藏山后，表现了山重水复的效果，体现出张骞等人的艰辛，情节、环境相互映衬。 北壁中上部偏西侧画佛陀洗衣池和晒衣石圣迹故事。1、释迦摩尼右手提袈裟立于水边。2、有天女从天空飘飘而降，准备替佛陀清洗袈裟。3、方石旁有一个不信佛教的外道婆罗门，赤裸上身，光着脚，跳踩和弄污方石。4、石上有乌云，云中雷神正击鼓鸣雷。5、方石的右下角再画婆罗门被雷电击毙。6、方石的另一侧有两位天女正在洗石。 北壁中上部偏东侧画高僧佛图澄的故事，以上中下三组画面表现佛图澄的神异事迹，上画佛图澄立于七层塔前，合十向人们解说塔檐的风铃声音有异，指出这是不详之兆，预言石虎和石韬将要火并。中间画一帝王，上有华盖，坐在胡床上与臣属观看僧人施法，这个场面是佛图澄为石虎说法时，幽州四城门起火，佛图澄使神力用酒灭火的情景。左下画一僧人赤裸上身，坐在水池边，正在洗肠的情景，据《高僧传》卷九“佛图澄传”记载，澄左乳旁有一孔，有时肠从中出，或以絮塞孔。夜欲读书，辄拔絮，则一室洞明，又斋日辄至水边，“引肠洗之，还复内中”。 北壁佛图澄故事右下角画阿育王拜外道尼乾子塔。阿育王是公元三世纪中印度摩揭陀国国王，笃信佛教，大造佛塔。画面画一帝王率臣属礼拜六塔，下跪者是阿育王，由于该塔是外道之塔，受不起信佛教的阿育王一拜而倒塌。 北壁东侧上部画康僧会故事。康僧会是三国时代的高僧，主要在江南弘扬佛法，在佛教南传的历史上有重要意义。故事由四组画面表现：1、画康僧会坐鼓帆小舟，顺风而行下江南来到东吴。2、最下面画一帝王向僧人跪拜合十，表示孙皓下跪迎接穿袈裟的康僧会。3、中间画一大帐，账内莲座上舍利放光芒，账外帝王与僧人作谈论状。表示吴人本不信佛教，吴王孙权召康僧会问佛有何灵验，康僧会遂以神力获舍利，光明四射，吴王乃信，立建初寺。4、画一寺院，院外僧人观看并有人运送木料，当为建初寺修造的情景。

圆形单层砖石塔：法华经变中表现起塔供养，塔下为砖砌方形素平塔基，有散水一周。正面台阶直对塔龛，龛内供有佛像。塔身圆形，簷边装饰山花蕉叶，塔顶的覆钵上竖塔刹相轮。现在圆塔不多见，但在华北地区有很多相似的方塔遗存。

天人持莲纹人字坡：人字坡繪天人持莲花供养，莲枝用同一种颜色平塗，不加修饰，结构布局主次分明。纹样简洁、朴实，具有汉代纹饰的风韵。

远景山水：在故事画中，表现三国时期的高僧康僧会从海上称舟而来的情景，一叶小舟云帆高挂，漂流在明净的水中，驶向港湾，后面的远景有群山映衬。富有抒情格调的画面，体现了唐代山水画的成熟。

山林中的鹿：在山林中，一只鹿昂首眺望，另一只鹿飞奔而来。近处的山峦呈三角形，用黑、白、土红、石青等不同颜色平涂，表现层次关系。山上的树生出柔软的细枝条，树冠呈云朵形，外加色点，富有装饰性。