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。

东壁北段画清净法身卢舍那佛及四大菩萨（南部残），为三身佛中之报身。密教作菩萨形，双手重叠置于脐下，结跏趺坐，光环重叠，作修持状。人体比例匀称，肌肉丰满，展示出密教佛像的特色。四大菩萨为“地藏菩萨”、“文殊师利菩萨”、“虚空藏菩萨”、“弥勒菩萨”，均座于缠枝莲花上。东侧画药师佛立像一身，着田相袈裟，右手执锡杖，左手持药钵，赤足立莲花上。

南壁画观无量寿经变一铺，画面上层天空中有十方佛赴会，一佛二菩萨的组合，琵琶、箜篌、排箫、古琴、腰鼓、阮咸等各种乐器乘着飘带飞行。 画面正中上方有三座大殿，前后二殿为单层，中殿为两层，单檐庑殿顶，两侧各置单层配殿，配殿左右又各置二层楼阁，单檐歇山式顶，以廊庑与中部后殿相接，廊庑转角处，于庑顶置角楼，两角楼外側又各画一座圆形塔楼。 殿堂与角楼的檐下椽飞斗栱采用仰视角度，人物用正投影。 三殿前有大平台，画无量佛、二胁侍及诸菩萨，胁侍菩萨上方各有一身飞天。 三殿前面有三座小平台，中间平台为由十六身乐伎组成的乐队，以八人为一组，分列两侧，中间二乐伎对舞，两侧平台各有一佛携众菩萨的听法场面。 壁面东西两侧绘制了未生怨和十六观的故事。 西侧未生怨自下而上，故事各情节均以建筑物，如屋顶、墙垣以及树木为间隔，在完整统一的场景描绘中展开时间前后不同的故事情节，连续性很强。 东侧十六观自上而下，在十六观中的日想观图中，远处晚霞与落日，已变成黑色的溪流从远处的山边蜿蜒穿过绿地，直奔近处的草地，夫人戴红色大凉帽，席地而坐，面西合十，谛观落日。东侧竖条幅画十六观，下数第三题榜墨书：“第十一观佛身丈六观”。 南壁西起画观世音菩萨一身，男女供养人共二身；下宋画男供养人九身（模糊）。

东壁通壁绘法华经变观音普门品。东壁门上绘释迦牟尼佛在灵鹫山说法场面，佛两侧绘菩萨数身。说法图南侧绘一塔，塔内二佛并坐说法，塔南北两侧各绘菩萨一身。门南北两侧自上而下绘观音救诸难和三十三现身的画面。观音救诸难的画面描绘了人们遇到水难、火难、雷暴难、兽难、刑戮难、贼难等灾难时，只要称念观音名号，就可得到解脱的场景。观音三十三现身的画面描绘了观音大慈大悲，满足众生一切愿望，解脱众生苦难，并能根据众生的要求，现佛身、宰官身、比丘身、毗沙门身、优婆夷身、妇女身等各种形象为众生说法的场景。门北沿有五代时期抹壁改绘一身比丘洪认供养像，画像身量高大如同真人，批田相纹袈裟，手持香炉，立方毯上，左肩上方有红地墨书题榜。

於是窮子為辛墾苦作種耕耘數在野田以庸馳業竊來飲食共濟貧軀善福未圓常營此也

尔时佛在王舍大城……与大比丘五百……告诸比丘谛听谛受如世尊教诸比丘言……佛告比丘此贤劫初……豪胜富贵转轮圣王种名众集 置白大众听……

释迦佛交脚而坐，身着大红田相袈裟，作说法相，头光和背光使佛像更稳健庄重。两侧的菩萨，仍为北朝时的裙披式服装。菩萨面部晕染采用浓重的西域式晕染法，仍保留着早期人物画的风格特征。

阿弥陀佛说法图中的弟子，年少英俊，面部红润的色泽显示了充沛的内在生命力，神情庄严沉静，手托水晶钵，身着田相袈裟，默默佇立。

窟内四壁共绘有千佛一千二百三十五身，大部分有榜题，表现的是三劫三千佛，它们分别是过去庄严劫千佛、现在贤劫千佛、未来星宿劫千佛。这些千佛的头光和身光以四身为一组交替变化，使整个画面有一种节奏感。千佛的鼻，眼睑用白色提亮，习惯上称“小子脸”。

是时太子入到园中详瞩眄处处径行欲求寂静忽见一处有画浮树翁郁扶疏人所乐见见已即语诸左右曰汝远我去我欲私行是时太子到左右了至彼树下踟趺而坐谛心思惟生老病死因缘当时有五神仙飞腾虚空近至太子过□时