敦煌壁画是敦煌艺术的主要组成部分，规模巨大，内容丰富，技艺精湛。5万多平方米的壁画大体可分为下列几类：佛像画、经变画、民族传统神话题材、供养人画像、供养人画、装饰图案画、故事画。敦煌莫高窟的735个洞窟中近500窟绘着巨幅壁画，总面积达45000多平方米，绘画时间长逾千年。敦煌莫高窟的壁画堪称中华民族艺术宝库中最为灿烂的一颗明珠。在世界美术史上，也是惊人的伟迹，享有崇高的地位。
莫高窟可说是因佛而生，其名即取“功德无量，莫高于此”之意。壁画中比较有名的故事有“九色鹿”，后来被改编为动画片，以及萨摩垂王子舍身饲虎的故事。传说在古印度的一个王国，国王有三个儿子，每一个都慈善仁爱，尤以三王子萨摩垂为最。一日三位王子一起出外打猎，途中遇见一只雌虎刚刚产下三只虎仔，都饿得奄奄一息。三位王子在周围寻了半天也找不到东西来喂母虎。萨摩垂不忍看母虎和虎仔饿死，便趁二位哥哥不注意，纵身跳下悬崖，以自身做了母虎的救命食粮。而萨摩垂正是释迦牟尼的前世，因为释迦牟尼在前世轮回中做下种种善事，才终成正果。这个故事典型的体现了佛教的主张，所以在很多洞窟中都出现了。
莫高窟壁画中最闻名于世的形象首推飞天。飞天是唐壁画引人注目的一方面，她总是配合佛陀说法而出现，有的飞翔，有的腾跃，有的扬手散花，有的互相顾盼，给人以遨游太空的欢乐景象。飞天，已成为举世闻名的敦煌壁画标志。飞天在印度佛教中是佛的护法神，传入中土后，人们将其与道教的仙女或天女混淆，所以飞天慢慢就变成了佛讲法时在其周围散花或奏乐以营造气氛的仙子。体现在壁画中，飞天很少作为主体加以刻画，多出现在周边的部分，数目繁多但通常很小。因为年代不同，各朝壁画中的飞天也呈现出不同体态和形象。北魏的飞天呈“V”字形，给人笨重欲坠之感。而唐代的飞天，则体态轻盈，飘逸潇洒，色彩也更加明艳，令人对那个自由奔放、惊才艳艳的年代倍增向往。
早期的莫高窟壁画的题材多为佛教故事，也有现实场面，如耕地、交战等，此外还有流传的神话题材，如伏羲、女娲等。这些中国传统题材与印度传来的神话如修罗王等交织在一起，表明早期佛教壁画与道、儒思想的融合。窟中壁画主要是大场面的说法图和简单的经变图。莫高窟最大塑像皆塑于唐，第96窟大佛是莫高窟中最大塑像。第148窟主尊涅磐像是莫高窟最大的一组彩塑群像。唐代壁画是多种经变图，其规模极为宏伟，表现出天国的壮丽图景。石窟造像五代时已丧失生命力，宋代起步入衰退。
这一时期的作品在形象塑造上还不太成熟，流露出一股稚气，这体现了与汉代绘画的一脉相承。人物塑造不注重面部表情，而强调对动态的描绘；在艺术上多采取连续作画形式，富于传奇性和文学性；情节起伏跌宕，引人入胜。
进入唐代以后，随着文化艺术进入全面繁荣时期，敦煌的石窟创作也出现了高潮。唐代佛教典籍经过大量翻译和广泛流行，大量的佛经内容变为图像。这一时期“经变画”的规模十分宏伟。几乎一进洞窟，除塑像外，其余三壁都是巨幅绘画，人物众多，色彩绚烂华丽。这种通壁大画的出现，是唐代敦煌壁画的重要特色。
在唐壁画中，装饰图案也是不可或缺的组成部分。无论装饰龛楣、佛坛，还是整个天花板上的藻井，所绘龙凤龟蛇、狮象花树，以及云气水纹，无不栩栩如生。有的周围还饰以不同情态的飞天，更显流动活泼。唐代敦煌壁画一派繁荣，此后则每况愈下。到明清已成空白。晚清敦煌宝藏被西方侵略者大肆盗买，造成了这一民族艺术瑰宝的大量外流与毁损，成为中国艺术史上一大遗憾。