莫高窟洞窟艺术是由洞窟建筑、塑像和壁画三大部分共同组成的。中心和主体是佛塑像。后来塑像品种渐渐增多，除佛像外，又有佛弟子、菩萨、天王、金刚、力士及凌空的飞天，成为主尊的侍从和陪衬。窟内除佛及侍从与飞天等人物塑体外，还有佛龛、龛楣、藻井、山石、云朵、龙狮、花草等装饰性塑体，多为浮塑，有些洞窟还有贴壁影塑(模制品）千佛。据敦煌研究院统计，现存各种圆塑2500余身，影塑1000余身，浮塑尚待统计。塑体大者髙达33米(96窟弥勒坐像），小者可托置于手掌上。最精美的作品是各种人体塑像。其人物身份兼有佛神鬼怪，僧侣俗人，蕃王胡奴，髙贵卑贱，男女老幼；其神情状貌或喜怒哀乐，或威严慈祥，或恬适劳瘁，或稚气老练，刻画入微，恰如其分；其姿态体段或站、坐、跪、卧，或飞翔俯仰，或合掌恭肃，或扭身曲胯，仪态多般，众姿纷陈。259窟北壁下层东侧龛内禅定佛像(北魏作品），结跏趺坐，双目前视而意不在睹，嘴角略作上翘，微笑发自心底，神情和悦，内心超脱，形象地传达出禅定妙境，引发观众为之心驰神往。此像被誉为“东方维纳斯”。
莫高窟雕塑在技法运用上最突出的一点是塑绘结合，互为补充。总体来看，一般是塑其形体，绘其细部色光和背景衬托；局部来看，常常是塑制大块轮廓，不作细部交待，然后利用彩绘表现其凹凸、明暗、色彩、纹样。如328窟西龛内北侧供养菩萨(盛唐作品），上身裸露，胸垂碍珞，下体着裤，单膝胡跪，道道布褶，贴肢下垂，裤色略施薄彩，给人以轻纱透体的质感。其肩臂披巾仅塑出由肩至肘前突上扬的一段，肘弯以下后曳远引的部分则用彩绘接画于塑体背后壁面。通过这一手法的处理，既摹状了披巾上段随风飘举之形，又神拟了披巾下段后曳远引之势，构思巧妙，独出匠心，在塑绘结合上创立了虚实相济的新形式、新意境。
莫高窟壁画，是指绘在窟内外及顶部与壁面的各种彩色画面。它同窟内主尊塑像相配合，起补充、烘托、渲染作用，总面积45000多平方米。
这些壁画大部分保存较好。有的虽时过千年，色彩仍明丽如新；有的虽已褪色或变色，非复旧观，但仍可看出原作笔法笔意，有的还意外地透露出原作起稿、修改、勾勒、晕染的层次痕迹，为美术工作者提供了极为难得的学习研究的借鉴。
莫髙窟壁画种类繁多，内容丰富。段文杰先生概括为7类，即佛像画、传统神话题材、故事画、经变画、佛教史迹画、供养人画像以及装饰图案画。
佛像画是指佛教各种神像绘品。莫高窟现存绘品神像12208身；说法图933铺(此处及以下对莫髙窟壁画的分类、解释及数据，均取自段文杰《敦煌壁画概述》)。
故事画是依据佛经所载释迦牟尼前生善行、今生事迹以及化度众生的故事绘制的连环画。细分一下可以分别叫做本生故事画、佛传故事画和因缘故事画。现存各种故事画54种，161幅。
传统神话题材，画的是我国固有的神话传说及其人物、神灵形象，它出现于北魏晚期，消失于唐代初期。莫高窟共有10种20余铺，多集中画于洞窟顶部，意在表现其属于天界事象。
经变画是我国独创的图解佛经内容的连环画。现存24种1055幅。
佛教史迹画是描绘佛教历史人物、历史事件、佛教圣地和有关灵验事迹的画面。始于初唐，盛于吐蕃占领期，西夏以后逐渐消失。现存40处，67种。
供养人画像是施主、信徒的画像。早期多是一个个的供养人像，而且形体较小，后来，形体加大，而且出现场面宏大的出行图、礼佛图，描绘了鼓吹舞乐、营伎百戏、旌节仪仗、兵队行进、狩猎驰逐、驮运捧持、车马担舆等，内容丰富，气势壮阔，色彩浓丽，是莫髙窟壁画中的杰作。
装饰图案主要是平棋、藻井、橡梁、画屏、华盖、罗扇以及衣物上的装饰花纹及图形。莫高窟仅各式藻井就有487顶。
这些壁画，运用现实主义、浪漫主义和象征主义相结合的创作方法，通过线描造型、夸张变化、散点透视、以形写神种种技法，创作了以奉佛为宗旨，以现实生活为素材的神人结合形象和宗教幻想境界。敦煌壁画就其本质来说，属于佛教艺术，但由于它植根于社会人群，反映了现实生活及其苦难与欢乐、挣扎与向往，同现实、同社会、同人生存在着血肉联系，所以它又具有世俗性的一面。例如画师们绘制观世音菩萨时，是把观音菩萨当成救苦救难者的化身而构思着笔的，所以努力追求足以表现其慈悲为怀和扶困济危的理想形象。在顶礼瞻仰者心目中，观音既是具有大法力的神，也是自己向往和信赖的伟人。即使不信佛教的人，也可以根据自己的眼光来观赏观音形象。敦煌遗书P.3197载有卢茂钦《无题》诗一首云：
偶游仙院睹灵台，罗绮分明塑匠裁。
高绾绿鬟云髫重，手垂罗袖牡丹开。
容仪一见情难舍，玉貌重看急懒回。
若表恳诚心所志，愿将姿貌梦中来。
从佛教观点看，这首诗不仅超出了塑绘者的意图，而且近乎是对神灵的亵渎。但却不能不承认，它毕竟是艺术品的外延效果之一，是世俗审美观点对宗教艺术的一种选择性欣赏，尽管它同宗教创作意图并不相侔。
莫高窟佛教壁画中，也的确绘制了大量反映社会生活的画面。这些画，尽管同样是以表现佛经内容为目的，而展现出来的却是社会生活，例如婚丧嫁娶、生老病死、耕种收获、牧养射猎、商旅跋涉、店铺货卖、作坊工艺、战斗厮杀、牢狱公堂、歌舞游乐等等，内容丰富，形象逼真，既是绝妙的艺术品，又是过往时代多侧面、多视角的形象留真，为后世人了解和研究那些久已消失的历史往事提供了难得再现的感观信息；至于那些种类繁多、富于变化、色光绚丽的图案纹样、花鸟草虫、山水云树、藻井背屏等等，从中既可以看到古人对美的捕捉和开拓，又可以成为现代工艺美术学习借鉴的范本和从事研究的实物资料。
1900年6月22日（阴历5月26日），莫髙窟道士王圆箓意外打开了这里扃闭千年的另一宝藏——藏经洞。内藏有古代文献4万多卷。消息不翼而飞，传遍全国，传向世界，莫高窟由此腾声全球。此后从莫高窟其他几个洞窟、佛塔及北大像对面的土地庙和莫高窟之外敦煌其他地方的古遗址内陆续发现零星或批量的古代写印本文献，甚至远在新疆吐鲁番的阿斯塔那唐代墓葬中也有所发现——那是早在唐代和唐代以前巳从敦煌携带出去的。所有这些在不同地点不同时间发现的敦煌古文献，统统称为“敦煌遗书”。敦煌遗书的年代上起魏晋，下迄元代，延续一千余年。文献的文字种类，除了大量汉文文献外，还有为数可观的吐蕃文、回鹘文、突厥文、于阗文、叙利亚文、西夏文以及少量的怯卢文、梵文、粟特文、蒙古文文献。从内容来看，有宗教文献(佛教、道教、景教、摩尼教文献），有传统四部古籍，有当地古代志乘、户籍、帐册、契券、函启、表状、乐谱、舞谱、天文、历法、算书、相书、字书、韵书、宅经、类书、医书、药书、变文、小说、诗赋、曲词、传记、游记、应用文范，以及其他一些尚待认定其属性归类的奇特文献。这些古代文献，涉及政治、经济、宗教、哲学、文学、乐舞、史学、地理学、自然科学、应用技术、民族关系、中西交往、民族习俗、学校教育、语言音韵、古籍校勘……内容广泛，价值珍贵，其中相当大的部分是传世文献所见不到的第一手资料。敦煌遗书向我们展示出一个中古社会活生生的世界，成为研究中古社会物质基础、上层建筑和意识形态极为难得的珍贵史料。足以同莫髙窟艺术比美竞辉，被誉为20世纪的重大发现。
敦煌遗书出土的消息传出后，西方和东方资本主义国家的学者、探险家、盗宝者纷纷前来，怀着不同的目的，通过多种手段获取携出，流散到英、法、苏、日、美等20多个国家和地区，我国仅存不到两万卷。敦煌文献五马分尸，给整理和研究工作造成重重困难。尽管如此，我国和各国学者仍在十分困难的情况下积极搜集资料，从事研究。从敦煌遗书研究开始，逐步扩大到敦煌艺术、敦煌社会历史、地理以及许多文化分支的研究领域，在世界学术之林中形成了一门新兴学科——敦煌学。
博大精深的莫髙窟艺术和敦煌遗书并不是孤立的现象，它只是敦煌这块古代文化宝地上的一部分积蓄而已。除了这部分积蓄之外，它还保存着数百处历史文化名迹。例如玉门关、阳关、汉长城、烽燧、渥洼池、贰师泉、月牙泉(古沙井）、沙州城、龙勒城、西千佛洞、新石器时代遗址以及汉晋简牍等，成为国内外旅游者观光向往之处。境内数十百座乌孙墓和数千座汉唐墓葬，是深埋在地下的神秘而壮观的冥间聚落，其中保存着简牍、书卷、墓画、志铭、古玩、用具以及各种随葬明器、工艺制品，既反映着古代活人社会的异彩纷呈，也反映着古人对冥间生活的设计安排。这又是一大批正在开发和尚待开发的文化资源。它同敦煌艺术、敦煌遗书一起，召唤着人们重新追寻敦煌这座有着两千多年阅历的古城，和曾经为沟通人类文明建立过功勋的“丝绸之路”。