按照开凿时间划分，十六国及北朝初期是洞窟的开凿前期，保存至今的共有40窟，形制分为供僧人居住、修禅的禅窟，带中方柱的塔庙式窟和方形平面的佛堂式窟三种。窟顶前部为人字披，并画出木结构和卷草形式；后部为平顶，也绘有木结构形式，并缀以飞天等图纹；四壁绘有表现佛教题材的壁画。这一时期的塑像，本尊以释迦牟尼佛和弥勒菩萨为主
一佛、二菩萨，或一佛、二罗汉、二菩萨，一佛、二天王，也有个别是单独一躯佛或弥勒像的。佛像躯体健壮，面相丰满，鼻梁高隆直抵额际。佛像身着偏袒右肩式或通肩式土红色僧伽梨，但过分强调了衣饰的装饰色彩，仅在细节上有一些现实性手法。虽然佛和菩萨都来自异域，而且造型比例及衣着等都有严格规定，但中国的雕塑工匠依然在尊重这些规定的基础上，结合自己的生活感受和审美情趣，将他们巧妙地本地化，使其在原有的犍陀罗艺术化特色，形成了中国式的佛教形象。在北朝后期，佛像的造型趋于更加丰腴浑厚，面相圆润俊秀，修眉细目，面带微笑，具有相当的人性化。由于莫高窟所在的鸣沙山属玉门系砾岩，极其粗松，便于开凿洞窟但不宜于雕造佛像，因此，泥塑在敦煌石窟中占主要地位，但形式上仍未摆脱洞窟式。此时期石窟的代表为第267－271窟、275窟、259窟、285窟等。
隋唐时期，是敦煌艺术的鼎盛时期，开凿的洞窟数以千计，仅保存至今的就有298个。隋朝的洞窟，在形制上承袭了北朝的前后结构，但龛略深，置一佛、二罗汉（迦叶、阿难）、二菩萨，有的还有天王和力士形象。由于龛室的加深，罗汉及菩萨像已经不再都是贴壁的“高浮雕”，而多是脱离壁面的“圆雕”了，尺寸也有所加大，造型更趋世俗化，但雕塑艺术中的立体造型手段尚未得以充分发挥。此时期的代表为第206窟。唐朝的洞窟多为正方覆斗状顶的殿堂式，后壁开一大龛，深宏如厅堂，中置须弥坛，上设佛像。塑像组群一般为一佛、二罗汉、二菩萨、二供养天、二天王（天王足下蹋有小鬼）、二力士。佛居于中心位置，女性成分明显，体态丰腴，面容慈祥，结跏趺座；头梳螺髻，手作说法印或无畏印，身着土红色通肩式袈裟，袒胸覆足，衣摺线条流畅优美，尤其是下摆摺纹生动刻划出丝织袈裟的柔软光滑并透露出衣饰下的肌体美，使塑像的内在与外涵得以完美统一，充分显现了唐代工匠的高超技艺。组群中的其他形象也各具特色：菩萨、供养天均为少女形象，温柔典雅，显得既妩媚艳丽而又高贵、不容亵渎；罗汉像为一老一少，即迦叶和阿难，生活气息浓厚形貌和性格特征显著多样；天王像孔武有力、盔甲严整，力士像凶猛暴烈、肌肉鼓突，都表现出一种力量的美。这些雕像虽然各有特色，但却准确地统一在一个鲜明的题材下，丝毫不显杂乱。此时期的雕像，普遍进行了彩色金箔妆銮，被称为“彩塑”，与周围斑斓的壁画一起，构成了奇妙的艺术场景。这时期的代表为第322、220、328、46、45、130、194、225、158等窟。
自五代起，由于“丝绸之路”趋于冷落，敦煌地区的开窟造像活动也日渐冷落，而且在艺术水平上并无长足改进，甚至显得僵硬空虚。持续至明代，由于海上交通的发展，地处内陆的敦煌失去了往日的兴盛，开窟活动也逐渐终止了。现存的此时期洞窟有145个。
敦煌自西汉张骞出使西域后，即成为东西交通的枢纽，并逐渐演化为印度犍陀罗文化、希腊文化和中原文化三大文化的汇合地。敦煌石窟系统地保存了从十六国到元代近千年间佛教塑像的发展序列，和敦煌壁画、敦煌文物一起形成了一门世界性的独立学科－敦煌学。因此，敦煌不仅是中国艺术的宝库，也是全人类文明的结晶。
敦煌石窟中以莫高窟建窟最早，内容最丰富。其余石窟，均系莫高窟的分支，西夏和元代的作品还可补莫高窟之不足。敦煌石窟上起十六国，下迄清1000余年间连续不断，形成了具有独特民族风格的敦煌石窟艺术体系。
莫高窟的主要艺术成就是塑像和绘画。这里的塑像是泥塑，不同于云冈和龙门的石像。这主要是因为三危山石质较粗，不能凿成佛像，所以工匠们才用泥塑。相传莫高窟始建于前秦建元二年（366年），而现存最早的洞窟