该窟开凿于西魏大统年间（主室北壁发愿文中存有西魏大统四年（538年）、五年（539年记年），是敦煌石窟中最早有确切开凿年代的洞窟。主室为覆斗顶形窟，平面为方形。窟室中央现存一元代所建的方形坛台，南壁和北壁对称地各开凿4个小禅室。部分禅室内或门口还残留有元代所修小塔的部分塔身。窟顶中心方井画华盖式藻井。四披绘中国传统神话诸神与佛教护法神形象，有摩尼宝珠、力士、飞天、雷公、乌获畏兽、伏羲、女娲等。四披下部一周绘有３６身禅僧于山间、草庐中坐禅。山林间绘有各种野兽及捕猎场景。西壁中央凿一圆券形大龛，两侧各有一小龛。主龛内为倚坐说法佛，小龛内各一身戴风帽禅僧塑像。龛外壁面上部画诸天外道形象，有日天、月天、诸星辰、摩醯首罗天、毗瑟纽天、鸠摩罗天、毗那夜迦天及供养菩萨等，下部画四天王、婆薮仙等，最下部龛沿画忍冬纹边饰南壁分上、中、下三段。上段通壁绘11身持乐器的伎乐飞天；中段通壁绘《五百强盗因缘》故事画，末尾处绘释迦、多宝“二佛并坐”；下段开四个小禅室，禅室间壁面自东向西绘有《化跋提长者姊缘》、《度恶牛缘》、《沙弥守戒自杀缘》和《婆罗门施身闻偈》故事画。其表现形式，或长卷连环画，或单幅画。故事画下方绘金刚力士。北壁分上、下二段。上段通壁绘有七铺说法图，每铺下方均有发愿文和男、女供养人。其中西起第二铺和第七铺说法图发愿文题留纪年还可读识。下段亦开有4个小禅室，与南壁小禅室相对应。东壁门上方绘有三身坐佛，门南、北侧各绘大型佛说法图一铺。甬道顶层残存中唐所绘趺坐菩萨一铺，南壁中唐画不空绢索观音经变一铺，北壁中唐画如意轮观音经变一铺。前室平面横长方形，窟顶为一面斜坡形，存宋画残痕。前室西壁门上开一小窟（敦编第286窟），门南残存宋代供养人像，底层可见中唐画，最底层为西魏壁画。门北为第287窟，存宋画男供养人像。

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。

甬道南壁上部浮塑出一排方格，每一格内绘有佛像一身。下绘炽盛光佛图一铺，画面东部和下部残毁。炽盛光佛图画面中央绘炽盛光佛一身，佛结跏趺坐，乘双轮车前行，右手食指顶一金轮，左手作禅定印。车前部残，车后插龙纹旌旗，九曜星神三面簇拥。九曜星神从东到西，第一身仅存上半身，形象模糊身份不明；第二身是妇女形象，着绿衣，手抱一物，状如套在袋里的琵琶，是金星；第三身在第二身左下侧，大部已毁，仅存部分头光与一只持圆形物的手，身份不明；第四身状如天王，头戴驴形冠，四臂，下面两手共执一戟，上面两手，一手执弓，一手执索，是火星；第五身在佛的车前，头戴不明兽形冠，手举一杖，疑是土星；第六身在车轮后侧，着绿袍，一手推车，下部残毁，仅存上半身，身份不明；第七身在车后右侧，状若妇女，头戴鸟形冠，双手托一圆形物，是月宿；第八身在车后左侧，着世俗人物服装，双手托一圆物，是太阳；第九身身体为绿色，半裸，四臂，分别执矛、绳索、剑和人头。是罗睺。佛与九曜星神上方绘有二十八宿，其形象基本一致，均作文官打扮，双手持笏，四身一组侍立于彩云之中，现存五组。九曜星神和二十八宿中间穿插绘黄道十二宫，每一宫作一圆圈，在圆内画出代表此宫的形象，现存九座，从东至西为金牛宫、室女宫、白羊宫、摩羯宫、天秤宫、双子宫、巨蟹宫、天蝎宫，双鱼宫。壁面西侧中下部，存一身女供养人像，其右侧有一方榜题，榜题用西夏文和汉文并列书写，汉文为：“扫洒尼姑播盃氏愿月明像”，榜题下方存数列回鹘--蒙文题记。

主室西壁上绘五台山图一铺，下绘屏风画佛传故事15扇。五台山图长13米、高3.6米，画面分为上、中、下三部分。上部主要描绘各种菩萨赴会和日、月诸天、罗汉、天龙等各种各样的灵异瑞现，中部描绘五台山的五座台顶及其间的几十座寺院、佛塔等圣迹，下部详细描绘了从山西太原到河北镇州(今河北正定县)方圆五百里地的山川道路及道路上参礼五台山的人物等等。图中共有榜题195条，其中有关灵异瑞现的46条，寺院（包括兰若、庵等）85条，塔15条，有关地名的32条，送供人、游台道人之类12条，其它的5条。下部的屏风画佛传故事15扇，从南向北第一扇“击鼓报喜”、“九龙灌浴”、第二扇“阿私陀仙占相”、第三扇“七日丧母”、第四扇“姨母养育”、第五扇“八岁就学”、第六至七扇“向师忍天学艺”、 第八扇“游观农务”、第九扇“树下思惟”、“造三时殿”、第十至十二扇“角技议婚”、第十三扇“太子结婚”、第十四扇“后宫娱乐”、第十五扇“出游四门”、“决意出家”。

西壁嵌有大中五年（公元851）洪?告身碑一通，碑高1.5米，宽0.7米。碑文内容分为三段，上段刻唐敕河西都僧统洪?及沙州释门义学都法师悟真告身；中段刻唐宣宗敕封诏书；下段刻唐宣宗所赐的信物名牒。西壁南侧存张大千题记：“此莫高窟壁画之白眉也，乃士大夫笔，后马和之得一二，亦遂名家。辛已九月，蜀郡张爰大千来观，赞叹是题记”。

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。

东壁门上画3身说法佛1铺（正中为倚坐佛），男女供养人各1身；门南初唐画 维摩诘经变：门中维摩诘，宋画供养人1身（模糊）；门北画文殊，画面下部为前来问疾之帝王及其大臣，场面宏大，人物形象逼真，可与传世《帝王图》媲美。门北上存宋画千佛、花卉部分，下部比丘尼1身。主室东壁门上中央发愿文：“为弟子昭武校尉柏堡镇将……/工……玄迈敬造释迦……/……铺□岩功毕谨申诵……/大师释迦如来弥勒化及……/□含识众□台尊客……/……福家□三空……/□□有情共登净……/…四月十日……/……/贞观十有六年敬造奉”。

画《佛顶尊胜陀罗尼》经变。画面中央画大幅的佛说法图。佛结跏趺坐于莲座之上两侧及前方有弟子、胁侍菩萨围绕、闻法菩萨和供养菩萨；说法图上方画须弥山及其上建筑，表现的是帝释天和善住天子所居天界的场景。但画面上只有建筑和树木，并无人物形象。在天界与说法图间的画面面中，并画有帝释天和侍者乘云而降的场景；说法图下方及两侧画面画《序品》及经文中的各个情节场景。其中右侧画面自上而下画有向骷髅撒土的场景以及蛇、野干、乌鹫等动物，画面左侧自上而下绘有得到解脱转世之苦的善住与帝释天回访世尊、世尊摩善住顶授菩提记的场景、安置陀罗尼的高幢、高山、楼阁以及拜塔的人们的场景；下部画面绘有地狱、转生、被牵着手的盲人等表现“七返之身”的场景。

西壁开一深龛，佛龛为双层敞口龛，龛内塑像为一铺七身，是一佛二弟子四菩萨（有一身菩萨已毁）。主尊释迦牟尼佛着通肩袈裟，内著僧祇支，头上有螺髻，双目正视前方，面部表情庄严肃穆。袈裟的衣纹自然体贴，并且衣纹的褶襞很浅，采用波浪式的作法，非常写实。迦叶身披袈裟，双手交叠在胸前，两眼凝视前方。阿难身披袈裟，双手合十，神情虔诚，双目下视。龛内南侧的菩萨面相丰圆，他一手托花扬起，一手提净瓶，上身半裸，下着长裙，身体修长而潇洒，璎珞、飘带随身垂下。龛内北侧的菩萨束高髻，头冠已失，面相丰满，双目下视。外层龛北侧菩萨身体修长，衣饰纷繁，神情庄重。内层龛壁画火焰莲花项光、背光，两侧各画一弟子、一飞天，佛光图案较简单，头光大多只画一个圆形光环。 内层龛顶部在佛背光的火焰纹两侧，画出两身散花飞天，内层龛外的龛楣又是外层龛的顶部，龛楣下部为缠枝忍冬、卷瓣莲叶及化生图案，龛楣两侧各画出一身飞天。 内层龛外画出龛梁和龙首龛柱，在龙首后面有一小儿盘腿坐在莲花上，神态天真，双手各持一莲花枝。内层龛外两侧画思惟菩萨各一身，思惟菩萨下各画婆薮仙和鹿头梵志。思惟菩萨头戴三珠宝冠，翘脚坐莲座上，一手支头，一手扶足，头微侧，做出思考的样子，神情动人。婆薮仙满脸胡须，露出一副贪婪的神色，左手持一只鸟，表明他杀生的本性。外层龛南北侧壁上各画菩萨一身。 龛外两侧浮塑龙首龛柱（南侧的已毁）及束帛龛梁。龛沿上部南北两侧画出六身活泼的飞天，一身接着一身向着中间供器相对飞行。飞天上身半裸，着长裙，手托莲花，飞行急速。其中还有两身比丘，身披袈裟，随着飞动的彩云也在飞天的行列中迅疾飞行，与顶部藻井边沿的飞天群遥相呼应。龛外南北两壁上部画佛传故事乘象入胎和夜半逾城。北壁上部画乘象入胎，讲述释迦牟尼的母亲摩耶夫人因梦见菩萨乘六牙白象而怀孕，生下了释迦。画面上菩萨乘象缓缓而行，前有飞天散花，后有月伎演奏音乐，在白象的两根长牙上还站着两个天人也在弹奏乐器。南壁上部画夜半逾城的场面，表现悉达多太子长大成人后见到了人间的生、老、病、死诸苦，一直在思索解脱之道，最后决定出家。画面上太子乘马急速奔驰，马足下四个天人各托一马足乘云升腾而上。龛外北壁下部画菩萨二身，身体修长，足踏莲台，面相丰满，头戴宝冠，并有华丽的头光，璎珞飘带垂于胸前，珠光宝气，富丽堂皇。龛外南壁下部的两身菩萨也站在莲台上，穿着华丽，形态雍容，如右侧这一身菩萨身体略向后倾，面相丰圆，神情庄严。 龛下画供器，两侧画供养菩萨各五身。

南壁画面大部表现《佛顶尊胜陀罗尼经变》。整体布局利用了横向长方形的壁面，呈现出“中央是佛说法图，上部是须弥山上的天界，佛说法图的左右及下方表描绘细节场景”的“凹”形构图。凹形部分的中央是佛说法图。佛着袒右肩袈裟，结跏趺坐于莲座之上，从佛的顶上肉髻中放射出几束蛇形光束并向向扩展为扇面状。佛周围侍立闻法弟子 、菩萨和比丘。上部描绘天界建筑和善住天子、帝释天等人物形象及善住夜半惊梦、善住造访帝释、帝释天向在下界说法的世尊救助等情节。凹形部分的西侧画面表现佛陀波利译本中的《序》中前半部分的内容。自上而下描绘佛陀波利从西国来诣五台山、佛陀波利五体投地拜跪祈祷、佛陀波利路遇文殊化现的老人、佛陀波利回到长安入宫献经、皇帝向佛陀波利赐绢三十匹等场景；左侧画面最上端描绘帝释天得佛授陀罗尼经加归天界、得到解脱转世之苦的善住与帝释天回访世尊、世尊摩善住顶授菩提记的场景。其下方描绘象征陀罗尼经的日轮、安置陀罗尼经的宝塔、高幢、高山及礼拜的人们、守护陀罗尼的魔王、天王，撒土诵经使故亡恶人得生天上等场景。凹形部分的下方主要描述善住天子来世将受的地狱、转野兽身之苦的场景。最下方画面残毁严重。