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。

建于西夏统治瓜州晚期。窟内纷呈汉、藏民族及显宗、密宗的内容和艺术，是这一时期艺术最成熟、最典型的洞窟，独具特色。窟呈长方形，穹窿顶。窟中央偏后设八角形三级曼荼罗（坛城），上存清塑数身。窟四壁下部清代环砌双层台基，上存清塑十八罗汉像。顶绘曼荼罗，中画五方佛，东壁中央绘佛传，南北侧分绘汉密五十一面千手千眼观音曼荼罗、胎藏界曼荼罗及显宗天请问经变。南壁东起画曼荼罗、观无量寿经变、曼荼罗各一铺。北壁东起画曼荼罗、净土变、曼荼罗各一铺。西壁门上方绘维摩变，门南北侧绘普贤变、文殊变。甬道南北壁绘供养人。

上画天宫伎乐十六身，中画千佛，中央趺坐佛说法图一铺，下南起画九色鹿王本生一铺、须摩提女因缘（前半部）。图下画边饰一条，下药叉一排（模糊）。 九色鹿本生故事画为横卷式连环画，绘八个情节，由左右两端开始，中间结束。画面为：1、溺人落水。2、九色鹿救起溺人调达。3、调达跪地谢恩。4、王后要国王捉鹿。5、调达告密。6、国王率军捉鹿。7、乌鸦叫醒九色鹿。8、九色鹿向国王控诉调达。本生故事是表现释迦牟尼佛在过去世中为菩萨时教化众生，普行六度的种种事迹。此铺故事画依据《佛说九色鹿经》绘制，生动表现了人物的神情和内心活动，突出了这一故事宣扬的因果报应的佛教主旨，对画中马的刻画采用写实与夸张相结合的手法，富于弹力。 西壁北段（和北壁）根据三国时期支谦译《须摩提女经》绘须摩提女故事画，共描绘十四个情节（此壁绘前半部情节1-3）：1、须摩提女闭门卧床和焚香请佛。2、乾荼背锅飞来。3、均头沙弥乘五百花树飞来。

北壁通壁绘观无量寿经变一铺，画面大体分为三部分，中部的阿弥陀净土、西侧和下部的未生怨、东侧十六观。壁面中部为阿弥陀佛净土，居中绘主尊阿弥陀佛，佛结跏趺坐于莲花宝座上，左右各有胁侍菩萨两身。两侧平台上绘以观音或大势至为首的菩萨群像。阿弥陀佛的上部绘宏伟的大型建筑群，中间是前、后佛殿。后佛殿两侧有回廊环绕，并自成一小院，前佛殿院中两边各有四座建筑，其中西侧的一座为钟台，东侧的一座为经台。壁面的西侧上部绘佛在灵鹫山说法，并放眉间相光现十方诸佛的场面，这一场面占去了西侧未生怨的一些壁面，未生怨因而向阿弥陀净土下方延伸，并与东侧十六观画面相联接。西侧未生怨自上而下，从东到西，描绘阿阇世王子发动宫廷政变、囚禁国王、韦提希夫人璎珞盛果浆身藏米面探望国王、佛陀从入宫说法等场景。东侧十六观自上而下描绘韦提希夫人观日、观楼台、观水等场景。

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。

十字殿：净土寺院中的前殿五开间，重檐歇山顶，四面出三开间的龟头屋抱厦，抱厦的歇山顶下为出入口。因整个平面略呈“十”字，故称为“十字殿”。这一建筑类型出现于宋、辽、金时期，现河北正定的隆兴寺中建于宋皇祐四年（公元1052年）的摩尼殿，与此殿形式非常相似。

水上阁与斜廊：在水中立柱网平坐，平坐上建二层阁与斜廊。阁与廊所用的木构件通画作朱红色。石青色瓦顶，绿色的簾箔挂在簷下，形成富丽的色彩对比。阁前廊上有菩萨一手扶柱，一手前伸，招引水中莲花里的化生童子，这一细节使西方极乐世界的生活里充满了世俗的生活情趣。

在一排演凑乐器的飞天最前及最后的是两个徒手而舞的飞天.为首这一身;右臂垂侧,右手置于嘴边,似正在合着乐声歌唱或呼唤.飘拂的长裙和流动的浮云,承托其轻盈美丽的身影.

沙弥守戒自杀缘全图：画面采用这一时期新出现的连续画形式，令故事表达得更流畅。