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。

西披画面大致可分为上、中、下三层横幅，每层横幅都画有数幅佛说法图。总共达二十三幅之多。部分画面延伸至南披和北披。在各说法图之间，穿插绘以各种列队的人物形象、正在演奏的乐队、以及诸宝、塔庙、车辇、象队、珠宝和塔庙等。表现了《法华经·序品》中“菩萨布施象辇”、“菩萨布施驷马宝车”和“菩萨布施肉身手足”的情景。同时，西披中、下层与北披交界处的部分则是借用《大般涅槃经》卷一《寿命品》中讲的“天上众神与人间众生请佛接受最后供养”的内容来表现《法华经——方便品》的思想的。

西披画大莲华、飞天、雷神、飞廉、化生、猕猴等，下龛楣两侧画山居禅僧六身。画面中央画一硕大莲花，两侧各画一身飞廉护卫，飞廉下方各画一身朱雀。朱雀下方的山变同各绘一身猿猴；莲花上方，又画二飞天高举一莲华，其两侧各有绘一身手足同时敲踏连鼓的雷公。在南下角处绘一身肩生蓝色双翼的乌获畏兽。北下角处绘一身飞天。在这些形象之间，云朵、花朵点缀其间。