建于武周时期。覆斗形殿堂式洞窟。主室窟顶藻井画团花井心，卷草与半团花垂幔铺于四披，四披画千佛（南披毁一部分）。西壁佛龛除佛像为初唐原作外，弟子、菩萨、力士均为清重修或重塑，龛穹窿顶画重层雕栏，一排菩萨，凭栏俯视人间，其后宇空广阔，有飞天、祥云、天花、梵宫、仙女。南壁为最初学者定为法华经，后来定为《十轮经变》，本叙述以十轮经为准，该经详细宣传了地藏菩萨信仰，可分为四部分：论述地藏、论述十轮、论述末法、论述六度。在布局上，十轮经变大致可分为四个区域：1、画面正中为主体说法会及其周围画面；2、西侧中部，地藏救苦救难；3、西侧上方，地藏变化身（部分内容在东侧上部），地藏有四十四现身；4、东侧，刹利旃陀罗现智相品（其中象王本生在西侧）。北壁阿弥陀经变占了整面墙壁，中央主体部分佛陀说法，两旁众菩萨听法，经变中的建筑形象很特别，水池中建有平台和两侧楼阁，歇山顶的楼阁高二层，深阔都是三间，上下层之间不设腰檐，这种画法只在初唐壁画中才能见到，下层斗拱上挑出朱栏一周，上下层各柱子之间不设门窗墙壁，只在由额上悬挂帘幕，平台地面以花砖铺地，与唐代习俗相同。东壁门上画说法图一铺，两侧趺坐佛说法图各一铺；门南中画立佛一铺、菩萨二身，下五代画男供养人一排（模糊）；门北中画十一面观音变一铺，下五代画男供养人一排（模糊）。主室北壁下部和东壁下部绘供养人像，大多漫漶模糊，可辨识着是男供养人像，从残存题记的数字看，五代时重修此窟的功德主要有阴氏，还有张氏、令狐氏、曹氏。甬道盝形顶中央存五代残画宝盖与供桌一部，南、北披五代画垂幔。前室西壁门南画地狱变（一九六五年剥出），门北五代残画下有初唐画；南壁五代画普贤变（残）；北壁五代画文殊变（残）。

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。

画面以“见多宝塔品”为画面中心，周围分别表现 “从地涌出品”、“见宝塔品”、“提婆达多品”、“如来神力品、“嘱累品”、“妙庄严王本事品”等。 在南壁画面中央表现大幅的“二佛并坐”于多宝塔内，塔外两侧上方表现“分身诸佛咸来集”的情节外，还在画面东侧以大幅画面的“良医喻”来表现“如来寿品”。

画面以“见多宝塔品”为画面中心，周围分别表现 “从地涌出品”、“见宝塔品”、“提婆达多品”、“如来神力品、“嘱累品”、“妙庄严王本画《观音菩萨普门品变》。画面以观音菩萨为主尊，两侧分别表现“观音救诸难”和“观音三十三现身”诸情节。

甬道南壁上部浮塑出一排方格，每一格内绘有佛像一身。下绘炽盛光佛图一铺，画面东部和下部残毁。炽盛光佛图画面中央绘炽盛光佛一身，佛结跏趺坐，乘双轮车前行，右手食指顶一金轮，左手作禅定印。车前部残，车后插龙纹旌旗，九曜星神三面簇拥。九曜星神从东到西，第一身仅存上半身，形象模糊身份不明；第二身是妇女形象，着绿衣，手抱一物，状如套在袋里的琵琶，是金星；第三身在第二身左下侧，大部已毁，仅存部分头光与一只持圆形物的手，身份不明；第四身状如天王，头戴驴形冠，四臂，下面两手共执一戟，上面两手，一手执弓，一手执索，是火星；第五身在佛的车前，头戴不明兽形冠，手举一杖，疑是土星；第六身在车轮后侧，着绿袍，一手推车，下部残毁，仅存上半身，身份不明；第七身在车后右侧，状若妇女，头戴鸟形冠，双手托一圆形物，是月宿；第八身在车后左侧，着世俗人物服装，双手托一圆物，是太阳；第九身身体为绿色，半裸，四臂，分别执矛、绳索、剑和人头。是罗睺。佛与九曜星神上方绘有二十八宿，其形象基本一致，均作文官打扮，双手持笏，四身一组侍立于彩云之中，现存五组。九曜星神和二十八宿中间穿插绘黄道十二宫，每一宫作一圆圈，在圆内画出代表此宫的形象，现存九座，从东至西为金牛宫、室女宫、白羊宫、摩羯宫、天秤宫、双子宫、巨蟹宫、天蝎宫，双鱼宫。壁面西侧中下部，存一身女供养人像，其右侧有一方榜题，榜题用西夏文和汉文并列书写，汉文为：“扫洒尼姑播盃氏愿月明像”，榜题下方存数列回鹘--蒙文题记。

北壁绘观无量寿经变一铺，画面中央画说法会，以阿弥陀佛为中心，从佛眉间白毫放出蛇形光束顶线十方画佛，佛周围坐闻法供养菩萨数身。佛两侧分别绘有头戴化佛冠的观音菩萨和头戴宝瓶冠的大势至菩萨。主尊佛上方两侧飞天飞舞，各种天乐不鼓自鸣。下方有七宝莲池，化生童子穿插其间。画面西侧上部绘未生怨，佛为韦提希夫人说法、父母被囚禁等情节。东侧自上而下绘日想观，水想观，树想观等场景。整个画面下部分破坏严重，壁画模糊。

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。

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。

主室西壁上绘五台山图一铺，下绘屏风画佛传故事15扇。五台山图长13米、高3.6米，画面分为上、中、下三部分。上部主要描绘各种菩萨赴会和日、月诸天、罗汉、天龙等各种各样的灵异瑞现，中部描绘五台山的五座台顶及其间的几十座寺院、佛塔等圣迹，下部详细描绘了从山西太原到河北镇州(今河北正定县)方圆五百里地的山川道路及道路上参礼五台山的人物等等。图中共有榜题195条，其中有关灵异瑞现的46条，寺院（包括兰若、庵等）85条，塔15条，有关地名的32条，送供人、游台道人之类12条，其它的5条。下部的屏风画佛传故事15扇，从南向北第一扇“击鼓报喜”、“九龙灌浴”、第二扇“阿私陀仙占相”、第三扇“七日丧母”、第四扇“姨母养育”、第五扇“八岁就学”、第六至七扇“向师忍天学艺”、 第八扇“游观农务”、第九扇“树下思惟”、“造三时殿”、第十至十二扇“角技议婚”、第十三扇“太子结婚”、第十四扇“后宫娱乐”、第十五扇“出游四门”、“决意出家”。