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。

主室方形，中有佛坛，前室横方形，有长甬道。此窟弥勒变中有古藏文题记和吐蕃男子与汉族女子的婚礼图，可知建于吐蕃占领瓜州而尚未占领沙州之间，即大历十一年（776）至建中二年（781）间。主室顶部塌毁，前室五代重修，原作保存十分完好。东壁绘密教“八大菩萨曼荼罗”，南壁绘观无量寿佛经变，北壁为弥勒变，在经变两侧还有观音、势至、地藏等菩萨单身像，西壁门两侧绘文殊变、普贤变。前室东壁南北相对为毗琉璃天王和毗沙门天王，守卫佛国。

门上画男、女供养人各一身，侍从各二身，题名“窟主沙州释门都法律和尚金光明寺僧索义辩……”，最下面的字，壁残而失。门北画维摩诘经变一铺，下屏风三扇，画权方便品等，北起第一扇屏风绘一片陋舍小酒店内，维摩诘与食客同坐在矮凳上，手持麈尾说教。北侧画女供养人二身。门南画报恩经变一铺，下屏风三扇，画恶友品。

北壁绘千佛，千佛中央绘阿弥陀经变一铺，阿弥陀佛结跏趺坐，两侧分别绘有头戴化佛冠的观音菩萨和头戴宝瓶冠的大势至菩萨。图中上部两侧各绘有三身持节飞天乘云而下，空中天乐不鼓自鸣。下部绘有七宝水池，在七宝池中有六身供养菩萨，或跪或坐于莲花上。莲池中有化生童子形象。

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。

前半部人字披下，上部画天宫伎乐，残存七身，中部画毗卢舍那佛一铺（大部模糊）。 后部上画天宫伎乐十六身。中画千佛，千佛中央画一阙形塔内立佛一铺。下东起绘沙弥守戒自杀因缘、弊狗因缘各一铺。图下画边饰一条，下药叉一排（模糊）。 南壁依据《贤愚经》所绘的沙弥守戒自杀故事，是佛教戒律画代表作之一。自东而西按故事发生、发展的先后顺序共绘七个情节，依次为：1、长着送子出家剃度为沙弥。2、老和尚吩咐沙弥乞食。3、少女开门迎沙弥。4、沙弥守戒自杀，少女哀痛。5、少女向父亲陈述事由。6、少女之父向国王交罚金。7、火化沙弥，起塔供养。 南壁西段紧接沙弥守戒自杀故事的是弊狗因缘故事画，讲述一比丘前身曾为恶狗，因一次善待比丘而转世为比丘的故事。此故事画由弊狗低头舔比丘及求作沙门两个情节组成，画面被烟熏。

北壁绘弥勒经变一铺，以弥勒在龙华树下成道说法为主体，以弥勒三会形成三角形结构。主尊前首先表现儴佉王以镇国七宝和宝幢献给弥勒，弥勒又将宝幢转赐于婆罗门，而诸婆罗门立即拆毁宝幢各共分之，哲理性地表现人生无常，顷刻即逝，只有出家修行，摆脱现实苦难，便能进入净土世界，开宗明义地点出全画的主题思想。中部以小型画面大量描写了弥勒世界的美妙事物，如路不拾遗，一种七收，树上生衣，写经诵经，女人五百岁出嫁，老人自诣墓塋，以及上层的迦叶献袈裟，弥勒观父母，弥勒率弟子乞食翅头末城，以及兜率天宫等神秘场面。东端、西端画菩萨各一身，西端下宋画女供养人四身。

西壁开圆券龛，龛口略方，作内外两层。龛顶绘伎乐飞天十五身，佛像两侧各绘弟子六身、菩萨六身，西壁北侧下绘鹿头梵志。龛楣绘忍冬莲花化生图案和联珠纹边饰。外层龛西壁两侧各绘菩萨二身，南、北壁各绘飞天二身、菩萨二身，龛口顶部绘龛楣火焰纹，火焰纹楣尖达窟顶西披。龛楣上绘飞天四身，龛楣内绘化生、伎乐，南北两侧各绘菩萨二身，龛口外沿绘联珠纹，龛上绘飞天十四身。西壁南北两侧上部画维摩诘经变。南侧是文殊菩萨，文殊菩萨在一所三间歇山顶殿堂的中央，随行前来的天人、菩萨皆侍立于堂内文殊的身后。众弟子跪坐在两廊前后，合掌听法，殿后是茂密的绿树，殿前有流泉莲池，成对的水禽在其间游戏，上空有飞天捧花漫撒。北侧是维摩诘，维摩诘居士在五间歇山顶殿堂中央，右手持塵尾，凭几而坐，堂内、廊间和台阶下挤满了听众。殿前有莲池，殿后有树林，都和南侧的文殊菩萨遥相对称。南北两侧下部各绘弟子五身、菩萨四身。西壁下部宋代绘供器和供养菩萨十二身。

东披整披画面表现的是《法华经?观世音菩萨普门品》一品的内容，部分画面甚至还延伸到了北披。画面表现内容可分为“救济诸难”和“三十三现身”两大部分。表现观世 音消除“八难”，解脱淫欲、嗔恚、愚痴“三毒”，满足求男得男，求女得女“二求”，以及应机化现佛身、壁支佛身、声闻身、梵王身、帝释身等“三十三现身”的场面。从构图上看，辟支佛幅画面大致分为上、中、下三层，故事情节也以横卷式形式从右向左展开，但在具体情节表现上，又打破了构图空间所限，又可分为三大块：上层横幅通幅表现“救七难”中的“救怨贼难”，中层和下层横幅右半部分密集表现“救七难”的其它几难，而左半大部，则表现观音菩萨的“三十三现身”说法场面。但画面并未将观音所有三十三化身全数绘出，而且由于变色等原因，许多画面已经模糊，人物特征和服装式样辨识困难。该品画面还延伸到北披东侧与东披交界处。

中央凿一圆券形大龛，两侧各有一小龛。龛外壁面给有护法诸神。南侧上部与窟顶连接处绘有一个白色圆轮和六个白色椭圆形轮，内绘日天及其眷属形象。日天有头光，着高髻，双手合十，端坐于一驷马二轮厢车中。驷马两两相背，分牵车厢两端，反向则驰。在日轮下面，画一辆三凤驭车，凤车上有两力士，一前一后，其中前者一手持一人面盾牌，一手向上扬起，后者高举双手，作托举状。北侧上部绘月天及其眷属。由于画面剥落严重，现仅能识断头戴宝冠的月天呈正面姿坐于车厢内，双手交叉于胸前。车轮南侧还残存两只鸟头和翅膀的部分。在月天的圆轮下面，绘一由三只狮子牵拉着车，车厢内有二身力士，一前一后，后者高举双手，作托举状。三龛间壁面绘有护法诸天、菩萨、天王诸形象。 中央大龛与南侧小龛壁面绘有三面的梵天形象、三眼的帝释天形象，外侧壁画绘婆薮仙人；中央大龛与北侧小龛壁面所绘的摩醯首罗天形象三头、六臂，半侧身骑坐于白牛背上。其下绘骑孔雀的鸠摩罗天和象鼻人身的毗那夜迦神。两侧壁而下方各绘两身手执矛枪、身着铠甲的天王形象。