莫高窟开凿于敦煌城东南25公里的鸣沙山东麓的崖壁上，前临宕泉，东向祁连山支脉三危山。南北全长1680米，现存历代营建的洞窟共735个，分布于高15-30多米高的断崖上，上下分布1—4层不等。分为南、北两区，其中南区是礼佛活动的场所，各个朝代壁画和彩塑的洞窟492个，彩塑2,400多身，壁画4.5万多平方米，唐宋时代木构窟檐五座，还有民国初重修的作为莫高窟标志的九层楼。莲花柱石和舍利塔20余座，铺地花砖2万多块。北区的243个洞窟，是僧侣修行、居住、瘗埋的场所，内有修行和生活设施土炕、灶坑、烟道、壁龛、灯台等，但多无彩塑和壁画。
莫高窟各窟均是洞窟建筑、彩塑、绘画三位一体的综合性艺术。洞窟最大者200多平方米，最小者不足1平方米。洞窟形制主要有禅窟、中心塔柱窟、佛龛窟、佛坛窟、涅槃窟、七佛窟、大像窟等。塑绘结合的彩塑内容主要有佛、菩萨、弟子、天王、力士像等。彩塑形式有圆塑、浮塑、影塑、善业泥等。圆雕、浮雕除第96、130窟两尊大佛，第148、158两大卧佛为石胎泥塑外，其余均为木骨泥塑。佛像居中心，两侧侍立弟子、菩萨、天王、力士，少则3身，多则11身。以第96窟35.6米的弥勒坐像为最高，小则10余厘米。
敦煌石窟存有500多个洞窟中保存有绘画、彩塑492个，按石窟建筑和功用分为中心柱窟(支提窟)、殿堂窟(中央佛坛窟)、覆斗顶型窟、大像窟、涅槃窟、禅窟、僧房窟、廪窟、影窟和瘗窟等形制，还有一些佛塔。窟型最大者高40余米、宽30米见方最小者高不足盈尺。从早期石窟所保留下来的中心塔柱式这一外来形式的窟型，反映了古代艺术家在接受外来艺术的同时，加以消化、吸收，使它成为中国民族形式 其中不少是现存古建筑的杰作。在多个洞窟外存有较为完整的唐代、宋代木质结构窟檐，是不可多得的木结构古建筑实物资料，具有极高的研究价值。
敦煌石窟开凿在砾岩上，除南北大像是依山而建的石胎泥塑外，其余多为木架结构。彩塑为敦煌艺术的主体有佛像、菩萨像、弟子像以及天王、金刚、力士、神等。彩塑形式丰富多彩，有圆塑、浮塑、影塑、善业塑等 最高34.5米，最小仅2厘米左右(善业泥木石像)，题材之丰富和手艺之高超，堪称佛教彩塑博物馆。17窟唐代河西都统的肖像塑，和塑像后绘有持杖近侍等，都惟妙惟肖，把塑像与壁画结为一体，为中国最早的高僧写实真像之一，具有很高的历史和艺术价值。
石窟壁画富丽多彩，各种各样的佛经故事，山川景物，亭台楼阁等建筑画、山水画、花卉图案、飞天佛像以及当时劳动人民进行生产的各种场面等，是十六国至清代1500多年的民俗风貌和历史变迁的艺术再现，雄伟瑰丽。在大量的壁画艺术中还可发现，古代艺术家们在民族化的基础上，吸取了伊朗、印度、希腊等国古代艺术之长，是中华民族发达文明的象征。各朝代壁画表现出不同的绘画风格，反映出中国封建社会的政治、经济和文化状况，是中国古代美术史的光辉篇章，为中国古代史研究提供珍贵的形象史料。
九层楼，也就是洞窟编号第96号，初唐(618-705)。 此窟开凿于初唐，窟内的大佛高35.5米，两膝间宽度为12米，是莫高窟的第一大佛。根据敦煌遗书《莫高窟记》记载，这尊大佛为唐代武周证圣元年(695年)由禅师灵隐和居士阴祖所建。是佛国三世中的“未来佛”弥勒佛，即释迦牟尼的“接班人”。大佛的制作方法为石胎泥塑，即在崖壁的石沙岩体上凿出佛像的大体形状，再用草泥垒塑、用麻泥细塑，最后着色而成。这尊大佛因多次重修，已非唐塑原貌，但仍不失雄伟壮观的气势。窟前的建筑为九层楼，因其共有九层而得名，原为四层，晚唐(874-879)年间建成五层，宋初(966年)重修，九层楼是1935年建造，它攒尖高耸，檐牙错落，铁马叮咚，已成为莫高窟的标志之一。
三层楼，也就是洞窟编号第16-17号，16窟建于唐大中五年至咸通(851~867)间。窟前倚崖统建三层木构窟檐，故俗称“三层楼”，为清光绪三十二年(1906年)王道士主持修建，王道士于16窟甬道北侧发现藏经洞，后编号为第17窟。因此三层楼也是为数不多的窟中窟。其中，第十七窟(晚唐，848-906)又名藏经洞，位于第16窟甬道北壁，建于晚唐。原为晚唐河西释门都僧统洪bian(去声，上”巩”下”言”)的影窟。十一世纪初叶，由于战乱等原因，将大量佛经、佛画、法器以及其它宗教、社会文书等五万多件秘藏于此，砌墙封门，表层饰以壁画，随着时间的流失，封门之事渐渐被人遗忘……
1900年(清光绪二十六年五月二十六日)，这一秘室被道士王圆簶在清理积沙时，偶然发现。但令人痛心的是，自1905年至1915年期间，先后有英国人斯坦因、法国人伯希和及日本人桔瑞超、吉川小一郎、俄国人鄂登堡等纷至沓来，他们用低廉的价格从王道士手中骗购古文献资料近四万件。敦煌遗书，包罗万象，内容涉及到了四世纪到十一世纪中国古代的政治、经济、军事、文学、史地、医药、科技、民族、宗教、艺术等各领域。
1900年，在莫高窟居住的道士王圆箓为了将已被遗弃许久的部分洞窟改建为道观，而进行大规模的清扫。当他在为第16窟(现编号)清除淤沙时，偶然发现了北侧甬道壁上的一个小门，打开后，出现一个长宽各2.6米、高3米的方形窟室(现编号为第17窟)，内有从4世纪到11世纪(即十六国到北宋)的历代文书和纸画、绢画、刺绣等文物5万多件，这就是著名的“藏经洞”。藏经洞的内壁绘菩提树、比丘尼等图像，中有一座禅床式低坛，上塑一位高僧洪辨的坐相，另有一通石碑，似未完工。从洞中出土的文书来看，最晚的写于北宋年间，且不见西夏文字，因此可推断藏经洞是公元11世纪时，莫高窟的僧人们为躲避西夏军队，在准备逃难时所封闭的。
莫高窟藏经洞是中国考古史上的一次非常重大的发现，其出土文书多为写本，少量为刻本，汉文书写的约占六分之五，其它则为古代藏文、梵文、齐卢文、粟特文、和阗文、回鹘文、龟兹文、希伯来文等。文书内容主要是佛经，此外还有道经、儒家经典、小说、诗赋、史籍、地籍、帐册、历本、契据、信札、状牒等，其中不少是孤本和绝本。这些对研究中国和中亚地区的历史，都具有重要的史料和科学价值，并由此形成了一门以研究藏经洞文书和敦煌石窟艺术为主的学科–敦煌学。
