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。

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。

上画千佛，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。 北壁西侧上部画张骞出使西域图，共由4组画面组成，呈“凹”字型排列，每个画面旁均有清晰榜题，表现汉武帝获得匈奴祭天金人和张骞出使西域的情景。1、在画面的右上角有一殿堂，内有两个站立的佛像，殿堂正面额匾上有“甘泉宫”三字，下方画帝王、臣属持香炉或笏拜谒。2、皇帝骑在马上，左右臣属八人，一人手持曲柄华盖。张骞持笏跪拜辞别，后有从者持节牵马。3、张骞行进在途中。4、远处有一城郭，二和尚立于门外，城内有佛塔。此幅出使图中，张骞一行乘骑半藏山后，表现了山重水复的效果，体现出张骞等人的艰辛，情节、环境相互映衬。 北壁中上部偏西侧画佛陀洗衣池和晒衣石圣迹故事。1、释迦摩尼右手提袈裟立于水边。2、有天女从天空飘飘而降，准备替佛陀清洗袈裟。3、方石旁有一个不信佛教的外道婆罗门，赤裸上身，光着脚，跳踩和弄污方石。4、石上有乌云，云中雷神正击鼓鸣雷。5、方石的右下角再画婆罗门被雷电击毙。6、方石的另一侧有两位天女正在洗石。 北壁中上部偏东侧画高僧佛图澄的故事，以上中下三组画面表现佛图澄的神异事迹，上画佛图澄立于七层塔前，合十向人们解说塔檐的风铃声音有异，指出这是不详之兆，预言石虎和石韬将要火并。中间画一帝王，上有华盖，坐在胡床上与臣属观看僧人施法，这个场面是佛图澄为石虎说法时，幽州四城门起火，佛图澄使神力用酒灭火的情景。左下画一僧人赤裸上身，坐在水池边，正在洗肠的情景，据《高僧传》卷九“佛图澄传”记载，澄左乳旁有一孔，有时肠从中出，或以絮塞孔。夜欲读书，辄拔絮，则一室洞明，又斋日辄至水边，“引肠洗之，还复内中”。 北壁佛图澄故事右下角画阿育王拜外道尼乾子塔。阿育王是公元三世纪中印度摩揭陀国国王，笃信佛教，大造佛塔。画面画一帝王率臣属礼拜六塔，下跪者是阿育王，由于该塔是外道之塔，受不起信佛教的阿育王一拜而倒塌。 北壁东侧上部画康僧会故事。康僧会是三国时代的高僧，主要在江南弘扬佛法，在佛教南传的历史上有重要意义。故事由四组画面表现：1、画康僧会坐鼓帆小舟，顺风而行下江南来到东吴。2、最下面画一帝王向僧人跪拜合十，表示孙皓下跪迎接穿袈裟的康僧会。3、中间画一大帐，账内莲座上舍利放光芒，账外帝王与僧人作谈论状。表示吴人本不信佛教，吴王孙权召康僧会问佛有何灵验，康僧会遂以神力获舍利，光明四射，吴王乃信，立建初寺。4、画一寺院，院外僧人观看并有人运送木料，当为建初寺修造的情景。

东壁壁画分上下段两部分，上段绘大型维摩诘经变一铺。画面以“品字形”排列，门上方绘佛国品，维摩诘与文殊菩萨分别位于门两侧。北侧画面以维摩诘为中心，维摩居方丈，方丈后方众菩萨前来听法，方丈下方是各国各族王子均来问疾。画面右中部是见阿 佛品中的情节。画面左下方是方便品中的情节。门南侧绘文殊问病，画面以文殊菩萨为中心，文殊坐宝台，中国帝王大臣、各族首领前来探望。东壁下段绘供养人画像。南侧起第一个着回鹘装的供养人是曹议金的夫人，榜题是“故母北方大回鹘国圣天的子敕授秦国天公主陇西李……”。第二个着回鹘装的是嫁给甘州回鹘可汗为夫人的曹元忠的姐姐，榜题为“甘州圣天可汗天公主一心供养”。第三位头戴凤冠的是嫁给于阗国王曹元忠的姐姐，榜题为“大朝大于阗国大政大明天册全封至孝皇帝天皇后一心供养”。第四位是曹议金夫人，曹元忠的生母，广平宋氏。榜题为“故慈母敕授广平郡君太夫人宋氏一心供养”。后面的几位均是曹元忠的姐姐辈的人物。这四位供养人的排列，体现了曹氏家族对甘州回鹘、于阗国采取了联姻、礼让、尊敬的礼仪态度。北侧南起第一至第七身供养人均为宋代重绘。第一至第三身为比丘尼，仅第三身榜题较完整，题为：“故姨安国寺法律尼临坛大德沙门性真供养”第四至第六身也相同题称“外甥甘州圣天可汗的子天公主”，可见这些比丘尼原来都是曹氏家族的成员。第七身供养人头戴凤冠，饰步摇，服饰华丽，榜题为“大朝大于阗国天册皇帝/第三女天公主李氏为新/授太传曹延禄姬供养。”北侧后面几身供养人像为曹元忠时代的原作。榜题分别为：“故伯母武威郡夫人阴氏一心供养”、“故母钜鹿郡君夫人索氏一心供养”等。这时提到的阴氏、索氏、慕容氏等都是敦煌一带的世家望族，反映了曹氏家族对外联姻，以巩固其统治地位。

南壁壁画分上中下三段绘制，上段绘伎乐飞天十二身，有的演奏乐器，有的凌空飞舞。中段通壁绘制百强盗成佛因缘故事画一铺。描写了官兵征剿、强盗被俘、国王审讯、挖眼逐放、山中受苦、眼睛复明、佛陀说法、出家为僧、深山修行等场面。体现了强盗放下屠刀立地成佛的思想。故事结尾处绘释迦多宝并坐说法图一铺。下开小禅窟四个，龛楣装饰忍冬禽鸟图案。在龛楣之间自东至西穿插宾头卢度跋提长者姊、度恶牛缘、沙弥守戒自杀品和施身闻偈等四个因缘故事画。这几幅故事画的情节与自然环境紧密结合。忍冬花边划分了上层故事画与下层药叉的界限。最下段绘制药叉五身，有的托举，有的挥臂跳跃，有的立掌运气，有的俯首练武。

北壁阿弥陀经变占了整面墙壁，阿弥陀经又名小无量寿经，主要描述了西方净土无比庄严、清静、美妙和安乐、祥和的景象。 上部碧波蓝空，天水相接，十身飞天千姿百态；乘云驾雾的赴会佛和菩萨表示的是十方诸佛和菩萨赴无量寿佛说法会场面，呈对称结构分布在天空层，有五座楼宇殿阁，四组一佛二菩萨组合；在阿弥陀正上方，整个画面上层天空的中间描绘的是净居天，此处绘朵云及其上二层楼殿，殿内有倚坐和趺坐佛，下殿还站立二胁侍菩萨，殿前有七宝道场树，两侧各有一组赴会的一佛二菩萨，具有对称平衡美。 中央主体部分描绘的是西方三圣：无量寿佛居中趺坐，观音菩萨和大势至菩萨胁侍两侧游戏座，还有众菩萨分列两侧；水池中建有平台和两侧楼阁，水池中绘有迦陵频伽、鸭子，化身童子、鸳鸯、荷花等生动形象，栏杆上立着孔雀；歇山顶的楼阁高二层，深阔都是三间，上下层之间不设腰檐，这种画法只在初唐壁画中才能见到，下层斗拱上挑出朱栏一周，上下层各柱子之间不设门窗墙壁，只在由额上悬挂帘幕，平台地面以花砖铺地，与唐代习俗相同； 在中间层，两侧楼阁的上方，绘的是赴会佛众，可谓佛尊率众菩萨的出行图。 位于阿弥陀下方，整个画面中下方的两身伎乐菩萨，脚踩圆毯，两旁是一些伎乐菩萨和供养菩萨。 下层五代画一层男供养人，已经漫漶不清。

主室南壁上部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，后部千佛中东侧开内外层龛，忍冬龛楣，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），西侧画说法图一铺。南壁下层为宋代绘供养比丘、男供养人共九身，底层露出隋代残画。南壁地缝东向面第一身题名为“弟子张子超供养”。