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。

莫高窟第302窟开凿于隋代，五代时期重修。整个洞窟由主室、甬道和前室三部分构成。主室为中心塔柱窟，窟顶前部人字披东披分上下两段绘制佛教本生故事画，后部平顶绘隋代画说法图、平棋图案等。中心塔柱顶部与窟顶相连，作须弥山状，上部为圆形七级倒塔，下部由方形两层台座组成，共承倒塔，台座上层四面各开一圆券形龛。中心柱东向面龛内塑一佛、二菩萨（北侧一身失），龛外两侧塑二菩萨（仅残存北侧一身），浮塑彩绘化生龛楣、龙首龛梁、莲花龛柱；南向面龛内残存彩塑佛一身，菩萨二身（清修），龛外两侧塑二菩萨（仅残存东侧一身）；西向面龛内塑一佛、二弟子，二弟子像为清代重修；北向面龛内塑一佛二弟子，龛外两侧二身塑像已失，均为清代重修；中心柱底座北向面下层壁画隐约可见“开皇四年六月十一日”等字样，据此可知此窟开凿于开皇四年（584年）左右，故此窟又称“开皇四年窟”。这一确凿的纪年题记不仅是隋代洞窟时代判断和分期的可靠依据，也是此时期洞窟艺术风格研究的标尺。洞窟主室西壁中央开一内外层佛龛，内层塑一佛、二弟子，外层塑二菩萨（均无头）。内层龛壁画佛头光两侧画二身化生形象。龛外下层为宋代画比丘尼八身，底层露出隋代残画，龛顶从左到右画天宫伎乐十身；主室南壁上部自西向东依次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，后部千佛东侧开内外层龛，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），忍冬龛楣，千佛西侧画说法图一铺。南壁下部与地面相接处为宋代绘供养比丘像、男供养人像共九身，底层露出隋代残画；北壁千部绘有释迦、多宝二佛并坐说法图一铺，后被穿洞所毁，下部与地面相接处表层壁画为宋画供养人一排，多处底层露出隋代绘画；东壁上部画天宫伎乐，栏墙和垂幔，东壁门上方画说法图一铺，两侧绘千佛，其余为比丘和供养人。甬道盝形顶中央为宋代绘千手千眼观音变一铺，甬道南北两壁各画宋代趺坐佛四身。前室顶大部分坍塌，西壁门两侧存宋代画毗沙门天王赴哪吒会图各一铺；东壁门南上部为宋代画如意轮观音变一铺，中部为宋代画四龙王礼佛图；门北上画不空绢索观音变一铺，中画四龙王礼佛。

该窟建于隋代初期，五代，清重修。洞窟由前室、甬道和主室三部分构成。主室为中心柱窟窟，平面呈方形，前部人字披顶，后部平顶。窟顶后部中央与中心柱须弥山倒塔连接。主室窟顶前部人字披东披以上下两横幅形式展现了法华经变普门品（救诸苦难）；西披画法华经变观音普门品（三十三现身）。每披均以上下两段“之”字形横幅长卷的形式表现。后部平顶中央作方井，方井内塔顶四周画圆形垂幔，四角画禅定佛各一身（东北角毁），周围画千佛。中心塔柱作须弥山状，上部为圆形七级倒塔，上六级原有影塑千佛，最下一层塑仰莲及莲茎四龙环绕，下部作方形两层台座，承接倒塔，台座上层四面各开一龛。东向面圆券形龛内清代塑一佛、二弟子形象，龛外两侧各塑一菩萨（清代重修），下部台座座身画供养比丘、比丘尼、男女供养人、狮子等图案；南向面圆券形龛内塑一佛、二弟子塑像，画二化生，龛外两侧各塑一身菩萨，均为清代重修，其中东侧一身菩萨像已毁；西向面圆券形龛内为清代彩塑一佛、残存一弟子，龛内绘画二身化生形象，龛外侧彩塑两身菩萨像，仅存南侧一身（清修），台座座身为隋代画男女供养人、药叉等；北向面圆券形龛内彩塑残存一佛一弟子，龛外两侧彩塑残存二菩萨，均为清代重修。本窟中心柱四面龛龛粱上的龙首造型，明显继承了北朝风格，其基本形式受汉代建筑中楼檐、屋脊龙饰的影响。主室西壁画天宫伎乐十身、栏墙、垂幔；中部画千佛，下部画男供养人，壁画最下部为山石林泉人物画；南壁上部画天宫伎乐十二身、栏墙、垂幔，中部画千佛，中央为经行佛一铺，下部画比丘、男供养人；北壁上部画天宫伎乐十四身、栏墙、垂幔，中部画千佛，千佛中央绘释迦、多宝佛说法图一铺，说法图下部为男供养人、侍从、比丘等；东壁上部画天宫伎乐十身、栏墙、垂幔，门上、门南、门北均画千佛，千佛下部画男女供养人、车马、车夫、马夫等。主室西、南、北、东四壁下部与地面那相接处均绘有山石林泉。洞窟甬道顶部为五代时期绘制的说法图一铺。甬道南壁为五代画如意轮观音经变一铺，下部画供养比丘，男供养人共六身。甬道北壁为五代画不空罥索观音变一铺，下部画比丘与供养人画像，都已模糊。前室顶部四披为五代画趺坐佛七身。前室西壁门上方有五代时期愿文榜题一方，两侧各有一身供养菩萨；门南画一菩萨一夜叉；门北画弥勒经变一铺，下部绘供养人一排（已模糊）。前室南北两壁各画五代天王一铺，北壁天王被清代穿凿洞窟毁去一部分

主室北壁前部绘有释迦、多宝二佛并坐一铺，后被穿洞所毁，后部千佛中央东侧开内外层龛，忍冬纹龛楣，内层塑二菩萨（均无头），西侧绘说法图一铺。下端表层壁画为宋画供养人，多处底层露出隋代绘画。

前室西壁门上存五代时期画地藏菩萨一身（上部已毁），门南存五代画十一面观音变一铺，即第300窟前室门北一铺，门北存五代绘画，但已毁。

东起画曼荼罗、净土变、曼荼罗各一铺。北壁曼荼罗中的供养菩萨像丰乳细腰，头戴花冠，颈饰花环，一手举攀树枝，在蓝色光环中扭腰投足，婆娑起舞，人物造型及绘画表现手法，颇有尼泊尔及印度艺术之风，亦为敦煌石窟中所仅见。

藻井下沿边饰：以大团花、大菱格纹为主，配以方胜纹、对半三叶花纹。垂幔绘画圆叶、方鳞纹、三角纹和长桶形彩幡铃铛。

受惊的野牛：画中受惊的野牛．边逃边回首，画师仅用慨括简练的速写勾勒出野牛的动态神情，逼真传神。这充分表现出作者绘画技巧的娴熟。该图还表明早在南北朝时期，画师对于野牛结构的认识已经达到较高的水准。

沙弥守戒自杀缘之一：此故事分三段绘画，分别位于南壁的四个禅窟佛光之间。此为第一幅画面，上部绘沙弥剃度、出家，下部绘师傅嘱咐沙弥到清信士家取布施（此部分已模糊，难以识别）。

五台山图中的万菩萨楼： 在图中央是一座佛寺，寺内是十二身赤袒上身的菩萨，皆合十结痂，榜題写“万菩萨楼”。敦煌壁画習习惯以一当十·当百·当千表示，所以一十即一万。这是表現文殊一万眷属。《华严经》记载文殊有一万菩萨眷属，文殊常为一万眷属说法。五台山图的中央位置便按此绘画了万菩萨楼，楼作方型，周回设廊，四角有角楼，院中的雨层楼有十多菩萨听法。