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。

前者戴宝冠，有云鬓，红腰裙配以纱縠翠裙，后者蓝腰裙配以石榴裙。色彩艳丽，婀娜多姿，应仿自民间歌舞伎乐的服饰。

于阗公主是沙州归义军节度使曹延禄之妻，身著高贵的唐制礼服，头戴高耸的大型莲花凤冠，上有花钗步摇，身穿翟衣和帔巾。凤冠和项饰上镶满翠玉宝石，显示出于阗国盛产宝玉的地方特色。脸部也仿效汉装，精心化妆和贴花钿，既大且密。其装束高贵而艳丽，表现出显赫的身份和地位。

山林中的野兽：山林中，狼与山羊相对峙，这样惊心动魄的场面，增添了山水画的情趣。动物的形象以较淡的色彩画出，山峦则用艳丽的色彩染出，突出山水的装饰作用。树木的画法已注意到树干与枝杈的特征，由于色彩脱落，树叶本来的颜色已看不出。

供养菩萨头戴三珠宝冠，两鬓作燕尾状，长披巾兼作袿衣之饰，垂襳髾，衣裳下部缀髾饰。一菩萨宽袖，穿笏头履；一菩萨直袖，穿高墙履。其服饰色彩艳丽，应来源于当时北朝贵族妇女的装束，与南朝妇女的飞襳垂髾式华服相比，其风格显得更加简约明快。