克孜尔石窟的洞穴形制，主要有礼佛和讲经用的中心柱窟、方形窟及生活用的僧房窟等。其中心柱窟在主室后部有左右甬道，僧房窟有明窗、壁炉式灶坑和低矮的炕。中心柱窟和僧房窟之多，是其它地区罕见的。克孜尔石窟的艺术成就，集中反映在面积达1万多平方米的壁画里。壁画的内容包括佛、菩萨、比丘、天龙八部、飞天和佛传、本生、因缘故事等。他们按照一定的规律绘于中心石窟和方形窟的不同部位，最有特点的是以象征性的山峦图案划分出许多菱形小格中的各种故事画，每个菱形中用最有代表的画面来反映一个本生或因缘故事。
走进克孜尔石窟的艺术世界，最让人流连忘返的是那里的壁画。这些壁画向人们讲述着佛本生故事、因缘故事和佛经故事。这些绘制在中心柱窟和方形窟主室侧壁、券项山状菱格内的画面，以连环画的形式表现佛生前的苦行、成道后的神力、诸方说法教化的圣迹等。绘制的佛经故事虽然主要是宣扬佛教的内容，但画师们在人物形象、动物图像和生活场景上仍然融入了世俗化的内容。且不说城阙门楼、亭阁台榭、山水树木以及逼真可爱的动物形象充满人间的生活气息，就连端庄安详的佛像、婀娜多姿的伎乐飞天、供养天神都以世俗生活为依据。可以说克孜尔石窟壁画给人们展示了龟兹社会的风俗场景；供养人身着双领对襟长服，腰束宽带，足蹬筒靴；武士穿戴盔甲，骑着高头大马；还有手持坎土曼的劳动者，使用“二牛抬杠”耕地的农民，制陶的工匠等，都是龟兹社会生活的真实反映。
克孜尔千佛洞最著名的洞窟是38号窟，它的举世闻名之处在于它拥有美奂绝伦的乐队演奏壁画，因此这里也曾被人惊叹为“一个完美的音乐殿堂”。侧壁描绘的两列天宫菩萨乐舞组合栩栩如生、惟妙惟肖。前壁所绘游戏坐姿状的思维菩萨像，仿佛正在沉思着什么。据说坐落在克孜尔石窟前的鸠摩罗什青铜塑像就是参照了这种姿势牞属于第二种印度———伊朗风格的壁画。
克孜尔千佛洞壁画，既有汉文化的影响，也有对外来文化艺术有选择地巧妙接受，更是古龟兹画师非凡的智慧。他们用粗犷有力的线条，一笔勾画出雄健壮实的骨胳，用赭的色彩，烘染出丰富圆润的肌肤，轻轻一笔画出布置均匀的衣褶，又借助一条飘曳的长带，表现出凌空飞舞自由翱翔的意境，使人一看到那些“飞天”，便有“天衣飞扬，满壁风动”之感。有关学者说，克孜尔千佛洞的“飞天”，同背上生着双翅的古代欧洲的“飞神——安琪儿”相比，在艺术上显得更成熟，更为浪漫。
