中国的佛教石窟壁画，除了敦煌莫高窟以外，还有著名的山西大同云冈石窟、河南洛阳龙门石窟、甘肃天水麦积山石窟等等，都有很多壁画遗存，它们与敦煌莫高窟（包括榆林窟）被合称为中国四大宝窟，是中国壁画的博物馆。
一、榆林窟
榆林窟在甘肃安西县城南约70公里处，离敦煌一百多里，现存洞窟41个。大约始凿于北魏，五代、宋、西夏、元各代均有建造。现遗存壁画1000余平方米，内容有佛像、菩萨、佛经故事以及花卉植物、装饰图案、供养人像等等。中唐时期的大幅西方净土变、莫勒变等壁画，场面宏大，结构严密，色彩艳丽，线条流畅，与吴道子的画风遥相呼应是唐代壁画的精品。五代至宋时期的壁画，逐渐形成程式化风格，活力减弱。西夏壁画中的供养人像均着西夏服饰，题记亦使用西夏文字。元代壁画的水月观音像金碧辉煌，而密宗曼陀罗体现了时代风格。
榆林窟壁画与敦煌壁画有着极其密切的关系，为整个敦煌艺术的一个重要组成部分。榆林窟的供养人像最具特色，其中曹议金夫人像最有代表性，装饰性很强，以圆形弧线为造型特点，体现在脸庞、发式、领口、地毯等位置，给人以柔和的视觉效果；而背景中的柱子、衣裙的折纹等直线，与弧线形成对比，显出柔和中的庄重。色彩处理成暖色为主，画面没有色彩上的强对比，散布着许多绿色的小点，使画面色彩活跃、丰富。构图上的特点明显，仆从的尺度与主人的尺度差别不大，好像站得远点，并利用柱子分隔空间，使画面均衡、和谐。
纵观中国壁画，佛教壁画占据着一个较大的比例。佛教传入中国的确切时间说法不一，公认的原始考证材料为《三国志·魏志》注引《魏略》中的几句话：“汉哀帝元寿元年（公元2年），博士弟子景卢受大月施王使尹存口受浮屠经”，这可能是中国人之佛之始。佛教石窟造像及壁画艺术随之传入中国，按现存遗址的走向分析，主要有西北路线，也就是丝绸之路一线；有从锡兰（斯利兰卡）到广州一线；有从尼泊尔到西藏、从缅甸到云南一线，显示出从印度一带渐渐传入内地的播散脉络。
二、天水麦积山石窟
天水麦积山石窟壁画群，位于甘肃天水市东南45公里的麦积山，现存壁画约1000余平方米。其中北魏时期壁画较多，其中飞天造型比较有特点，线条流畅，色彩亮丽。莲花装饰图案随处可见，营造出浓厚的宗教气氛。洞窟顶部以及四壁都绘有内容连续的佛经故事、大型经变等。麦积山壁画最有代表性的作品是《西方净土变》，人物和建筑众多，构图复杂而严谨，气势宏伟。这是中国石窟壁画中年代最久远、面积最大的一幅净土变。
三、炳灵寺石窟
炳灵寺石窟壁画也是中国壁画史上不可缺少的一章。窟址位于甘肃省永靖县西南35公里的小积山中，现存从西秦至明清各代的壁画近1000平方米。炳灵寺石窟壁画与其他石窟形式一样，是与石雕或泥塑一起共同表现佛教艺术的壁画所表现的艺术形式，与雕塑完全不同，它对石窟建筑不仅起到装饰作用，也能表现更加丰富多彩的内容。在这些壁画中，我们可以看出不同时代的特征和艺术风格。西秦的壁画主要在169窟中，完成于建弘元年（420年）前后，主要内容有佛像、佛经故事、供养人像、装饰图案等等；题材是说法图、维摩诘图、天龙八部、千佛等；构图错落有致，造型准确；绘画技法以传统的线描为主，用线流畅，有些画像采用了晕染的手法，略有立体感；所使用料石矿物质的石青、石绿、土红等，效果持久，颜色沉着，明快协调。炳灵寺壁画中的西秦时期作品，是中国早期佛教艺术的代表作。明代艺人在改造、翻修唐时石窟时，为了绘制新的壁画而大量地损毁了一些前代壁画，致使唐代壁画很少。现存的唐代作品多为雕相周围的窟壁装饰，如华盖、云纹、卷草枝叶等等图案。
明代壁画是利用了前代的洞壁，并覆盖前代壁画而重新做底、重新绘制。这个时期的形式为藏传佛教壁画，有佛（释迦佛、长寿佛）、祖师（宗喀巴、米拉日巴、莲花生）、菩萨（四臂观音、文殊菩萨、绿度母、白度母）、秘修本尊（大威德金刚、密迹金刚）、护法、罗汉等。造型风格比较独特而统一，线条细密、刚劲有力、色彩非常强烈。炳灵寺石窟营建开凿历时八个朝代；长达1000余年，留下许多汉传佛教和藏传佛教题材的壁画，艺术手法和风格丰富多变，这也是炳灵寺石窟不同于其他石窟的特点之一。这些壁画中有些已历经了千百年的历史，只是在宋代以后逐渐衰落，但它的色彩效果至今变化不大，说明矿物质颜料性能稳定，不易褪色。
四、龟兹石窟
龟兹石窟群的建造年代大约起自东汉衰至唐代，均属于龟兹境内，在现在的新疆维吾尔自治区库车、拜城一带。除了克孜尔千佛洞、森木塞姆千佛洞、克孜尔朵哈千佛洞等等，这些石窟的壁画，被统称为“龟兹壁画”。壁画普遍采用勾线、平涂和晕染相结合的重彩画法，用线力度均匀，颜色大致可分为石青、石绿、赭石、朱砂、白色等，色调明快，形成了一种独特画面效果，被称为“西域画风”。壁画题材取佛祖释迦牟尼为主，包括诸菩萨、众弟子以及佛教故事伎乐飞天、供养人像等等。令人痛心的是龟兹除了因为年代久远的自然损坏以外，还有大量壁画被盗往国外，人为损毁也极为严重，现存壁画已经无一完整。
龟兹境内现存规模最大的石窟壁画群当属拜城克孜尔石窟、库车森木塞姆石窟等。其中库车森木塞姆石窟壁画的创作年代约在南北朝到隋唐年代，现存52个洞窟，窟址位于新疆维吾尔自治区库车县克内什村西北。库车森木塞姆壁画是按小乘派经律绘制的，除本生故事、说法外，还有乐舞供养以及山村景观等。壁画绘制以土红色线条勾勒，平涂设色，用晕染法体现明暗变化，画面构图饱满，人物密集，形成龟兹壁画特有的艺术风格，明显受到中亚、西亚艺术的影响。
石窟壁画艺术是我国最丰富的艺术宝库，但随着佛教的进一步世俗化，宋、元以后大规模的石窟开凿已非常少见，对佛教的崇拜已被广泛散布于城镇乡村的寺庙所取代。元代只有一个特例是出现在山西太原附近的龙山石窟，这是一座独立的道教石窟群，但已经没有壁画遗存，是一种罕见的现象。明代的窟龛开凿仅有极少几处，较为突出的是山西平顺县宝岩寺石窟，艺术方面无可取之处。到清代，石窟造像已完全绝迹，但热衷于对前代石窟艺术进行翻修的人倒是为数不少，其结果是不仅没有留下什么好的作品，反而大量地破坏了壁画的原貌，有些甚至变成不伦不类的面貌。