莫高窟第301窟建于北周时期，洞窟由主室、甬道、前室三部分构成。主室为方形覆斗顶窟，窟顶藻井画斗四莲花井心，垂幔铺于四披。西披正中画莲花摩尼宝珠，两侧画伎乐飞天各六身，下部接火焰莲花化生龛楣；窟顶南披与东披共同构成画萨埵太子本生故事画，其中南披主要绘萨埵太子辞宫、狩猎、憩息等场景；东披画饲虎、起塔等情节，下面画天宫伎乐七身，垂幔。北披画睒子本生故事，情节包括供养盲父母（西），迦夷王出猎（东），下部画天宫伎乐、飞天共六身。故事画中的人物着汉服，画风承袭了中原传统。主室西壁开一圆券形龛，龛内塑倚坐佛一身，佛身后头光内绘一圈化佛及火焰光佛，佛身后两侧上方各画持乐器飞天二身，下部两侧画宝珠。龛楣浮塑彩绘火焰化生纹，龛梁塑龙首，龛柱绘莲花。龛外南北两侧画菩萨各二身，塑菩萨二身，塑像仅存莲座，龛下画莲花图案。主室南壁画千佛，千佛中央绘说法图一铺，下部绘药叉（但仅存二身）；南壁西侧下方绘供养比丘像一身，男供养人十七身，药叉一身，东侧残存女供养人十二身。此壁清代凿穿洞时壁画毁去部分。主室北壁与南壁对称画千佛，千佛中央绘说法图一铺（被清代穿洞毁去一半），北壁西侧下部画供养比丘像三身，男供养人残存十四身，药叉一身，东侧下部存比丘像十八身，供养人八身。主室东壁上方画千佛，下方南侧绘女供养人三身，供养牛车和二身侍从；下部北侧画供养比丘二身，男供养人存六身，下画供养人比丘三身，男供养人存三身。

平面横长方形帐形顶窟，窟宽8.0米，深4.0米，高4.0米，是西崖三大洞窟之一（另外两个分别是133和135窟）。前壁开门，正、左、右三壁各开一龛，供三佛，其余壁面均绘满壁画，是麦积山石窟壁画最丰富的洞窟。窟内各壁及其窟顶分别绘制了西方净土经变、维摩经变、涅槃经变、地狱变、睒子本生、十善十恶、帝释天出行、七佛等佛经内容。

此窟位于莫高窟南区中部，创建于盛唐（中唐、宋、元重修），是盛唐的代表窟之一。主室为覆斗形顶，西壁开一龛。主室近方形，窟顶藻井画云头牡丹井心，周围方胜纹、半团花、菱形纹、团花、鳞纹、垂角铃幔帷边饰以朱、青、绿敷色叠韵，色彩浓艳厚重，保存犹新，四披千佛。南壁画千佛中央释迦说法图一铺（1924年被美国人华尔纳盗劫两方）。西壁龛内塑像仅存浮塑背光、一弟子、二菩萨。龛顶弥勒说法中二弟子、四菩萨、二天王依次而立，天王身着锁子甲、髀裈，为说法图中仅见。龛壁化八弟子、二菩萨，菩萨服饰华丽；龛外两侧绘观音。北壁画三联式布局之观无量寿经变，中间是“极乐净土”内容，两侧为“未生怨”、“十六观”，形式与阿弥陀经变相类似，此画着力于突出宝池中莲花花生、祥禽瑞鸟与伎乐之描绘，境界优雅，色彩以青、绿、黑为主，色调清淡，为盛唐同类经变题材之一风格。

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。

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。

东壁门上画弥勒降魔变、门南画弥勒经变、门北画观音经变各一铺（残）。观音经变左侧屏风画，自上而下依次画蛇蝎难、雷电难、金刚山难、枷锁难、众苦难；右侧屏风画自上依次画恶兽难、怨贼难、火难、水难，以下模糊不清。

东壁绘维摩诘经变一铺。画面以“品字形”排列，窟门上方为“佛国品”的内容，维摩诘与文殊菩萨分别位于窟门两侧。窟门上方画面中央绘释迦牟尼佛倚坐说法图一铺，佛右下侧描绘宝积长者并五百子持七宝盖献佛的情景，说法图的北侧，绘佛趺坐说法图一铺，描绘的是“香积佛品”中的香积佛国。说法图的南侧，绘“菩萨行品”中维摩诘以神通力手擎大千前往佛所的情景。窟门南侧画面以维摩诘为中心，上部描绘“不思议品”中的“借座灯王”情景，中部绘“问疾品”的维摩诘居士，维摩诘北侧绘“观众生品”中的天女与舍利弗，维摩诘下方绘“香积佛品”中献香饭的化菩萨与“方便品”的王子官属等人。下部绘“权方便品”的情景。窟门北侧画面则以文殊菩萨为中心，上部绘前来问疾的文殊菩萨及其身后随行的佛弟子，文殊菩萨南侧绘手持塵尾的吉祥天女，中部描绘“方便品”中前来问疾的帝王和侍臣。下部模糊。

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。

西壁绘有西方净土变，画面正中阿弥陀佛端坐于佛座上，后有殿堂宝盖，前有阙楼对峙；两侧大树参天，树下各有四人跪坐于地，各持箫、笙、筝、腰鼓、铣、埙、阮等乐器鸣乐演奏，中间有两身伎乐天轻舒长袖，应弦起舞，再前有一面大型建鼓，两侧各有一人和乐击鼓，天空中还有数身凌空舞动的飞天。

北壁绘千佛，千佛中央绘阿弥陀经变一铺，阿弥陀佛结跏趺坐，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。图中上部两侧各绘有三身持节飞天乘云而下，空中天乐不鼓自鸣。下部绘有七宝水池，在七宝池中有六身供养菩萨，或跪或坐于莲花上。莲池中有化生童子形象。