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。

该窟建于唐代，甬道宋代重绘。洞窟窟形为覆斗型，西壁开龛。主室窟顶藻井画四云头团花井心，垂幔铺于四披。四披画千佛，中央趺坐佛各一身。西壁盝顶帐形龛内唐塑一佛、二弟子、二菩萨。马蹄形佛床，壸门六个，各画伎乐。龛顶中央画棋格团花，西披画九身坐佛、两侧各一菩萨，南、北披各画六身坐佛、两侧各画一菩萨，东披十二身坐佛、两侧各画一化生。龛内西壁上画垂幔，下屏风二扇，画剃度等故事；南壁上画垂幔，下屏风二扇，画九龙灌浴等故事；北壁上垂幔，下屏风二扇，画三会等故事。屏风画内容为弥勒经变。龛沿画海石榴卷草边饰。龛上画帐顶图案，两侧飞天各一身。龛外两侧存两座土台，台上原有塑像，已失，龛下画文殊、普贤、五台山等。龛外南侧画普贤变一铺。龛外北侧画文殊变一铺。南壁西起画金刚经变，观无量寿经变各一铺，下屏风画模糊。北壁西起画报恩经变（两上角论议品，西下角亲近品，东下角序品）、药师经变各一铺，下屏风画模糊。东壁门上画降魔变、门南弥勒经变、门北画观音经变各一铺（残）。

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。

西壁龛顶中央画棋格团花，四披存药师佛立像13身、供养菩萨5身。龛内南壁存天王1身、菩萨3身（近代重描），北壁存中唐画天王1身、菩萨2身（近代重描）。龛沿画团花、海石榴卷草边饰。龛外北侧上画地藏1身，下菩萨2身（模糊）。北天王台西、北面存盛唐画男供养人共3身。西龛内南壁有民国时期塑工李氏三兄弟所留题记一则：“陇西伏羌人北乡据城八十里小地名李家川兄弟同胞三人李继渊、承广、绍广敬造”。

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。

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。

西壁开盝顶帐形龛，龛顶饰棋格团花图案及佛、菩萨像。下有马蹄形佛床，唐塑一铺佛、菩萨、弟子五身像。佛床下有壸门，内饰伎乐，弹琴歌舞。龛内三壁屏风画六扇，画九龙灌顶、剃度说法等内容，仿效唐代宫廷六扇联屏制度。帐门两侧画文殊变、普贤变。

盝顶帐形龛内清塑佛像一铺九身。马蹄形佛床，下壸门二十个，内画伎乐、花卉。龛顶中央画棋格团花，四披画千佛共五十身。龛内西壁屏风四扇、南壁三扇、北壁三扇，均画佛传故事。龛上画坐佛十六身。龛下中间画供器，南侧女供养人十三身，北侧女供养人十六身（部分模糊）。龛外南侧上画十方佛五身，下普贤变。龛外北侧上画十方佛五身，下文殊变。

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。