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。

北壁绘观无量寿经变一铺，画面中央画说法会，以阿弥陀佛为中心，从佛眉间白毫放出蛇形光束顶线十方画佛，佛周围坐闻法供养菩萨数身。佛两侧分别绘有头戴化佛冠的观音菩萨和头戴宝瓶冠的大势至菩萨。主尊佛上方两侧飞天飞舞，各种天乐不鼓自鸣。下方有七宝莲池，化生童子穿插其间。画面西侧上部绘未生怨，佛为韦提希夫人说法、父母被囚禁等情节。东侧自上而下绘日想观，水想观，树想观等场景。整个画面下部分破坏严重，壁画模糊。

南壁壁画分上中下三段绘制，上段绘伎乐飞天十二身，有的演奏乐器，有的凌空飞舞。中段通壁绘制百强盗成佛因缘故事画一铺。描写了官兵征剿、强盗被俘、国王审讯、挖眼逐放、山中受苦、眼睛复明、佛陀说法、出家为僧、深山修行等场面。体现了强盗放下屠刀立地成佛的思想。故事结尾处绘释迦多宝并坐说法图一铺。下开小禅窟四个，龛楣装饰忍冬禽鸟图案。在龛楣之间自东至西穿插宾头卢度跋提长者姊、度恶牛缘、沙弥守戒自杀品和施身闻偈等四个因缘故事画。这几幅故事画的情节与自然环境紧密结合。忍冬花边划分了上层故事画与下层药叉的界限。最下段绘制药叉五身，有的托举，有的挥臂跳跃，有的立掌运气，有的俯首练武。

东壁门上绘三佛说法图一铺。门北绘无量寿佛一铺，佛陀身著通肩红色袈裟，坐金刚宝座，头光现化佛，背光内飞天飞舞。头顶悬华盖，华盖下有愿文榜题，说法图下绘男供养人十三身，女十四身。门南绘无量寿佛一铺，下有榜题：“无量寿佛”有四协侍菩萨，有的捧莲花，有的手持忍冬供养佛。从现存能辨认的题名看，佛右侧为“无尽意菩萨”“观音菩萨”，左侧为“文殊师利菩萨”和“大势至菩萨”。上部佛弟子，右侧为“阿难像 ”和“舍利弗之像”，左侧为“摩诃迦叶之像”和“目连之像；有的持经卷，有的捧莲花，有的双手合十虔诚供养。说法图下画男供养人十四身，女十三身。东壁底层露出西魏绘药叉。

南壁绘千佛，千佛中央绘有一幅弥勒说法图，佛着通肩袈裟，作善跏坐，两手作说法印。左右两侧各有三身菩萨。其中一身菩萨手托透明钵。下部绘有两身供养菩萨。华盖两侧共绘有飞天四身，上方两身飞天穿长裙，持花飞舞。下面的两身童子飞天穿鼻窦裤，四肢张开飞来。

寺庙为阙形建筑，屋脊上立覆钵塔，塔顶上悬彩幡，翻卷飞舞。阙内悬帐幔，佛立于莲花上，着通肩袈裟，双手当胸结印说法，胁侍菩萨侍立两旁，表现释迦教化说法的场面。此说法图画在阙形寺庙内，形式不同一般。

听法飞天：此图与前图相对应，白地上画土红色长裙，飞天如羽状飞舞。形象仍为中原式，画面虽小，人物却栩栩如生。

大迦旃延及五百鹄：图案式的构图中，白鹄如身着白衣的天女，环绕大迦旃延轻盈飞舞，缓缓滑行。洁白的鹄有圣洁之意。《须摩提女经》中所述各罗汉所化乘的马、龙、鹄、狮、虎等各为五百数。在佛经故事画中大多以一代表一百。佛经所记是五百只白鹄，这里却以六个代表五百，看来是画家为构图之美观而作的安排。