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。

维摩诘斜坐高座上，手持羽扇，头裹白色纶巾，内著曲领中单，外著白色交领袍服，披红披风，童颜鹤发，胡须飘逸，是唐朝文人士大夫的新形象。

持花飞天：两身飞天头梳发髻，裸上身，双手合十，花叶从手中伸出，下穿窄裙紧带，秀骨飘逸，相对飞翔。面部和服饰均为线描加晕染，增强了立体感。

贵妇梳单丸髻和双丸髻，上襦中垂襳褵，披巾搭在肩上，下著各色间裙，是贵族妇女的常服。衣纹飘逸。体态修长，具有南朝风度。

起舞飞天：此图与前图相对称，中原式飞天舞动宽袖，长袍裹腿，身姿优雅，风骨飘逸。西域飞天头戴花冠，高鼻大眼，袒裸上身，着长裙，双手握飘带起舞。

净土世界里的飞天：在阿弥陀经变中，宝幢、楼阁、花柱、祥云间，有赴会菩萨端坐莲台乘云而将，空中飘荡着不鼓自鸣的乐器。在这样一个极乐场面中，更少不了飞天穿梭其中，或捧供品，或持香炉，前来礼佛，长裙彩巾在蓝天飘逸，颇得更加绚丽多彩。

起舞飞天：飞天环绕宝盖飞翔，表示对佛的礼拜。飞天头束高髻，戴花环，上身袒裸，佩饰耳环、项圈、手镯，面圆腰细，长裙露足，轻盈飘逸。

正在说法的释迦，身著僧祗支，衣纹飘逸，应是用细薄的织物缝制的。他所坐的铺有草褥的筌蹄式坐具，原本来自北方胡族，以后又成为南朝士大夫阶层和玄学之士讲究魏晋风度的时尚坐具。