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。

建于西夏统治瓜州晚期。窟内纷呈汉、藏民族及显宗、密宗的内容和艺术，是这一时期艺术最成熟、最典型的洞窟，独具特色。窟呈长方形，穹窿顶。窟中央偏后设八角形三级曼荼罗（坛城），上存清塑数身。窟四壁下部清代环砌双层台基，上存清塑十八罗汉像。顶绘曼荼罗，中画五方佛，东壁中央绘佛传，南北侧分绘汉密五十一面千手千眼观音曼荼罗、胎藏界曼荼罗及显宗天请问经变。南壁东起画曼荼罗、观无量寿经变、曼荼罗各一铺。北壁东起画曼荼罗、净土变、曼荼罗各一铺。西壁门上方绘维摩变，门南北侧绘普贤变、文殊变。甬道南北壁绘供养人。

窟顶藻井主要由花草、垂幔纹构成。方井中，展瓣莲花周围是穿插分布的小莲花，外围纹饰细密繁复，色彩冷艳，别具特色。藻井下为千佛，千佛下为飘舞的飞天。

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。

《药师经》全名《药师琉璃光如来本愿功德经》，是佛陀应文殊师利菩萨要求而开示的净土法门，为佛教中的净土经典之一。它的主要宗教价值在于描绘了东方琉璃净土，宣说了药师如来的本愿功德，是药师佛信仰主要依据的经典。经典中叙说东方琉璃世界是药师佛因地所发十二大愿而证成的，就其主旨来说，是使众生早证菩提；但另一方面，药师佛也注重为众生求得现世的安乐，这与阿弥陀佛的偏向来生安乐不同，故为佛教界将药师法门视为现世众生消灾延寿法门的缘由。又，本经除了表述药师佛的信仰，还对药师佛信仰和阿弥陀佛信仰作了沟通，此为本经另一特色所在

欢乐嬉戏中的三童子，两人著红色交领半臂，绿色短裤，是汉族传统服装；一人著背带条纹波斯小口裤，融汇了中外服饰特色。

坠崖：在山顶上，有一人被恶徒推下悬崖，这是他口念“观音”，即得消灾免难。山腰处云层中一人双手合十，盘腿而坐，表现脱险后安然无恙的情景。山峰及云的画法均很有特色。

初唐飞天，继承了隋代飞天千姿百态的律动美，又加进了唐代巾舞和百戏的高难动态，形成了唐代特色。这两身飞天回旋于佛陀宝盖的四周，从天空急速下降，散花供养于佛。飞天肢体柔软，动态灵敏，手持鲜花，翩翩起舞。伴随着回旋的云彩，如大海中的浪潮，平添了动的意趣。

于阗公主是沙州归义军节度使曹延禄之妻，身著高贵的唐制礼服，头戴高耸的大型莲花凤冠，上有花钗步摇，身穿翟衣和帔巾。凤冠和项饰上镶满翠玉宝石，显示出于阗国盛产宝玉的地方特色。脸部也仿效汉装，精心化妆和贴花钿，既大且密。其装束高贵而艳丽，表现出显赫的身份和地位。

射猎图：在啖子本生故事画的国王游猎的画面里，人物、景物均着色，唯动物为赭线素描，别具特色。