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。

北壁上画天宫栏墙、飞天十身、坐佛十五铺；中画头戴化佛冠的菩萨说法图，主尊应是善跏坐的弥勒，身后为龙华双树，上有宝盖、飞天、左右二菩萨胁侍。两侧画趺坐佛十八铺，佛坐须弥座上，多数作说法相，亦间有禅定相，均有二菩萨胁侍。这些坐佛大都画面简洁，主要青、绿、灰、黑、土红等几种颜色，清淡而略偏冷；下隋画男供养人四十七身（有侍从三十九身），其下五代画男供养人二十八身。主人着宽袖长袍，双手捧供盘。旁有榜题曰：［大觉修明幽州总管府长史供养。］

藻井边饰图案：最上面第一层绘有团花图案，团花花形简洁，花瓣为椭圆内卷云纹。第二层绘有菱形连续纹，第三层绘有卷草图案，下层绘有三角形帷幔图案。

悬山屋顶：屋顶形式为只有前后两坡屋面和一条正脊，屋面的檩条两端都悬挑出山墙之外，可以保护山墙少受风雨侵蚀。这种屋顶结构简洁实用，因而得以流传至今。

菱形边饰：白色、土红色、绿色三色搭配绘制菱形纹，中间套叠小花，图案简洁明朗。

此身思惟菩萨侧身半跏趺坐于莲花座上，右手抚胫，左手肘于膝上支颐，头前倾，目光下视，好像沉浸在深邃的冥想之中。造型简洁，色彩明快，浓重的土红地色，衬托出菩萨素面的洁净。

天人持莲纹人字坡：人字坡繪天人持莲花供养，莲枝用同一种颜色平塗，不加修饰，结构布局主次分明。纹样简洁、朴实，具有汉代纹饰的风韵。

飞天头梳双髻一手托莲花，一手拈花蕾，伸张双臂飞翔。人物五官勾画得准确传神，形体勾线简洁，以线为主再稍加晕染。

斜方格连续纹：网状方格构架，斜向填色形成大斜方格，简洁明朗。

藻井边饰图案：最上面第一层绘有团花图案，团花花形简洁，花瓣为椭圆内卷云纹。第二层绘有菱形连续纹，第三层绘有卷草图案，下层绘有三角形帷幔图案。