该窟开凿于西魏大统年间（主室北壁发愿文中存有西魏大统四年（538年）、五年（539年记年），是敦煌石窟中最早有确切开凿年代的洞窟。主室为覆斗顶形窟，平面为方形。窟室中央现存一元代所建的方形坛台，南壁和北壁对称地各开凿4个小禅室。部分禅室内或门口还残留有元代所修小塔的部分塔身。窟顶中心方井画华盖式藻井。四披绘中国传统神话诸神与佛教护法神形象，有摩尼宝珠、力士、飞天、雷公、乌获畏兽、伏羲、女娲等。四披下部一周绘有３６身禅僧于山间、草庐中坐禅。山林间绘有各种野兽及捕猎场景。西壁中央凿一圆券形大龛，两侧各有一小龛。主龛内为倚坐说法佛，小龛内各一身戴风帽禅僧塑像。龛外壁面上部画诸天外道形象，有日天、月天、诸星辰、摩醯首罗天、毗瑟纽天、鸠摩罗天、毗那夜迦天及供养菩萨等，下部画四天王、婆薮仙等，最下部龛沿画忍冬纹边饰南壁分上、中、下三段。上段通壁绘11身持乐器的伎乐飞天；中段通壁绘《五百强盗因缘》故事画，末尾处绘释迦、多宝“二佛并坐”；下段开四个小禅室，禅室间壁面自东向西绘有《化跋提长者姊缘》、《度恶牛缘》、《沙弥守戒自杀缘》和《婆罗门施身闻偈》故事画。其表现形式，或长卷连环画，或单幅画。故事画下方绘金刚力士。北壁分上、下二段。上段通壁绘有七铺说法图，每铺下方均有发愿文和男、女供养人。其中西起第二铺和第七铺说法图发愿文题留纪年还可读识。下段亦开有4个小禅室，与南壁小禅室相对应。东壁门上方绘有三身坐佛，门南、北侧各绘大型佛说法图一铺。甬道顶层残存中唐所绘趺坐菩萨一铺，南壁中唐画不空绢索观音经变一铺，北壁中唐画如意轮观音经变一铺。前室平面横长方形，窟顶为一面斜坡形，存宋画残痕。前室西壁门上开一小窟（敦编第286窟），门南残存宋代供养人像，底层可见中唐画，最底层为西魏壁画。门北为第287窟，存宋画男供养人像。

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。

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。

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”。

西壁嵌有大中五年（公元851）洪?告身碑一通，碑高1.5米，宽0.7米。碑文内容分为三段，上段刻唐敕河西都僧统洪?及沙州释门义学都法师悟真告身；中段刻唐宣宗敕封诏书；下段刻唐宣宗所赐的信物名牒。西壁南侧存张大千题记：“此莫高窟壁画之白眉也，乃士大夫笔，后马和之得一二，亦遂名家。辛已九月，蜀郡张爰大千来观，赞叹是题记”。

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。

北披画面，大体分为三部分。居于画面中心的，是大幅的表现佛涅槃的场景，以此为中心，左侧画面分上中下三层，绘有共8幅佛说法图和其它一些场景；右侧画面相对小一些，绘有“二佛并坐” 、“灵鹫山”和其它一些场景。北披画面表现了《序品》、《方便品》、《见宝塔品》和《观音菩萨普门品》的部分内容。

中央凿一圆券形大龛，两侧各有一小龛。龛外壁面给有护法诸神。南侧上部与窟顶连接处绘有一个白色圆轮和六个白色椭圆形轮，内绘日天及其眷属形象。日天有头光，着高髻，双手合十，端坐于一驷马二轮厢车中。驷马两两相背，分牵车厢两端，反向则驰。在日轮下面，画一辆三凤驭车，凤车上有两力士，一前一后，其中前者一手持一人面盾牌，一手向上扬起，后者高举双手，作托举状。北侧上部绘月天及其眷属。由于画面剥落严重，现仅能识断头戴宝冠的月天呈正面姿坐于车厢内，双手交叉于胸前。车轮南侧还残存两只鸟头和翅膀的部分。在月天的圆轮下面，绘一由三只狮子牵拉着车，车厢内有二身力士，一前一后，后者高举双手，作托举状。三龛间壁面绘有护法诸天、菩萨、天王诸形象。 中央大龛与南侧小龛壁面绘有三面的梵天形象、三眼的帝释天形象，外侧壁画绘婆薮仙人；中央大龛与北侧小龛壁面所绘的摩醯首罗天形象三头、六臂，半侧身骑坐于白牛背上。其下绘骑孔雀的鸠摩罗天和象鼻人身的毗那夜迦神。两侧壁而下方各绘两身手执矛枪、身着铠甲的天王形象。