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。

门南侧画南方天王一铺，下男供养人、驼、马、供品一排；门北侧画北方天王一铺、下男供养人一排。毗沙门天王，宝冠，汉式铠甲，氈靴，游戏坐，蹙额立目，鹰鼻闭口，表现出了威严孔武的气概。描绘细致，着色严整，浓淡有序。

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。

文殊变：图中文殊安坐于狮子莲座之上，与扈从诸天菩萨乘云巡行于大海上。天际峰峦环抱，楼阁参差，寒汀远水，意趣深幽，是一幅十分成熟的以线描笔墨造型为主的宋式佛教画。宽松的袍袖，折角方直的衣纹，纯熟的线描与浅淡的着色，无处不标志着中国佛画的民族化已经进入一个更深刻的时期，大部分人物造型与当时道教壁画几乎相同。例如扈从诸天中掌管财富的“毗那夜迦”，在这幅壁画里是高冠峨峨捧持财宝的道教星官，“婆薮仙”酷似道教八仙中的“铁拐李”，这些佛道互通的形象，证实了内地佛道合流也引起边陲地区宗教画的融和与变化。