莫高窟現存有壁畫和雕塑的492個石窟，大體可分為五個時期：北朝、隋唐、五代和宋、西夏和元。

北朝時期

開鑿于北朝時期的洞窟共有36個，其中年代最早的第268窟、第272窟、第275窟可能建于北涼時期。窟形主要是禪窟、中心塔柱窟和殿堂窟，彩塑有圓塑和影塑兩種，壁畫內容有佛像、佛經故事、神怪、供養人等。這一時期的影塑以飛天、供養菩薩和千佛為主，圓塑最初多為一佛二菩薩組合，后來又加上了二弟子。塑像人物體態健碩，神情端莊寧靜，風格樸實厚重。壁畫前期多以土紅色為底色，再以青綠褚白等顏色敷彩，色調熱烈濃重，線條純樸渾厚，人物形象挺拔，有西域佛教的特色。西魏以后，底色多為白色，色調趨于雅致，風格灑脫，具有中原的風貌。典型洞窟有第249窟、第259窟、第285窟、第428窟等。如第243石窟北魏時代的釋迦牟尼塑像，巍然端坐，身上斜披印度袈裟，頭頂扎扁圓形發髻，保留著犍陀羅樣式。

隋唐時期

隋唐是莫高窟發展的全盛時期，現存洞窟有300多個。禪窟和中心塔柱窟在這一時期逐漸消失，而同時大量出現的是殿堂窟、佛壇窟、四壁三龕窟、大像窟等形式，其中殿堂窟的數量最多。

塑像都為圓塑，造型濃麗豐滿，風格更加中原化，并出現了前代所沒有的高大塑像。群像組合多為七尊或者九尊，隋代主要是一佛、二弟子、二菩薩或四菩薩，唐代主要是一佛、二弟子、二菩薩和二天王，有的還再加上二力士。這一時期的莫高窟壁畫題材豐富、場面宏偉、色彩瑰麗，美術技巧達到空前的水平。如中唐時期制作的第79窟脅侍菩薩像中的樣式。上身裸露，作半跪坐式。頭上合攏的兩片螺圓發髻，是唐代平民的發式。臉龐、肢體的肌肉圓潤，施以粉彩，膚色白凈，表情隨和溫存。雖然眉宇間仍點了一顆印度式紅痣，卻更像生活中的真人。還有在第159窟中，也是脅侍菩薩。一位上身赤裸，斜結瓔珞，右手抬起，左手下垂，頭微向右傾，上身有些左傾，胯部又向右突，動作協調，既保持平衡，又顯露出女性化的優美身段。另外一位菩薩全身著衣，內外幾層表現清楚，把身體結構顯露得清晰可辨。衣褶線條流利，色彩艷麗絢爛，配置協調，身材修長，比例恰當，使人覺得這是兩尊有生命力的“活像”。

五代和宋時期

五代和宋時期的洞窟現存有100多個，多為改建、重繪的前朝窟室，形制主要是佛壇窟和殿堂窟。從晚唐到五代，統治敦煌的張氏和曹氏家族均崇信佛教，為莫高窟出資甚多，因此供養人畫像在這個階段大量出現并且內容也很豐富。塑像和壁畫都沿襲了晚唐的風格，但愈到后期，其形式就愈顯公式化，美術技法水平也有所降低。這一時期的典型洞窟有第61窟和第98窟等，其中第61窟的地圖《五臺山圖》是莫高窟最大的壁畫，高5米，長13.5米，繪出了山西五臺山周邊的山川形勝、城池寺院、亭臺樓閣等，堪稱恢宏壯觀。

西夏和元代

莫高窟現存西夏和元代的洞窟有85個。西夏修窟77個，多為改造和修繕的前朝洞窟，洞窟形制和壁畫雕塑基本都沿襲了前朝的風格。一些西夏中期的洞窟出現回鶻王的形象，可能與回鶻人有關。而到了西夏晚期，壁畫中又出現了西藏密宗的內容。元代洞窟只有8個，全部是新開鑿的，出現了方形窟中設圓形佛壇的形制，壁畫和雕塑基本上都和西藏密宗有關。典型洞窟有第3窟、第61窟和第465窟等。