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。

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。

北披画面，大体分为三部分。居于画面中心的，是大幅的表现佛涅槃的场景，以此为中心，左侧画面分上中下三层，绘有共8幅佛说法图和其它一些场景；右侧画面相对小一些，绘有“二佛并坐” 、“灵鹫山”和其它一些场景。北披画面表现了《序品》、《方便品》、《见宝塔品》和《观音菩萨普门品》的部分内容。

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。

一手持净瓶，一手上举作手印，上悬华盖，头顶梳高髻，戴化佛宝冠，胸前杂饰珠串璎珞，臂腕佩带环钏；天衣飘举，长裙覆足，披帛从肩上一直垂搭地面；袒胸露臂，面相丰满端丽，体态雍容。

地藏菩萨正面立于莲花上，面相丰圆，垂目若有所思，身着锦绣团花田相袈裟，恬静慈祥。

起舞飞天：华盖一侧飞天身穿玄色长袍，中原形象，舞蹈中伸手握住龙尾。下一身飞天面相丰圆，身形健壮，袒裸上身，着长裙，双脚倒垂，作拗腰肢姿态，为西域形象，构图巧妙有趣。

这身飞天梳双髻，面相丰满、肩披大巾、下著长裙、双手合十、画工精细、造型优美。

尒時菩薩從跋迦婆仙人居處漸漸來至阿羅邏邊其阿羅邏仙人遙見菩薩近來見已不覺大聲唱言善來聖子菩薩前至阿羅邏所二人對面相共問訊少病少惱安樂已不相慰問訖其阿羅邏請菩薩坐草鋪之上即為菩薩說偈

佛背光飞天：佛背光外层为土红、蓝、石绿色相间的火焰纹，第二层是托盘献花的飞天，内层为化佛。飞天呈中原画风，童子面相，形体虽小，但画工精细。