库木吐拉千佛洞开凿可分三个时期，第一期约在两晋时期；第二期约在南北朝至隋朝；第三期从隋唐延续到宋代。库木吐拉石窟壁画的艺术特点从时间上看，它是中原地区佛教艺术的先驱。相当于公元五世纪到七世纪，整个面貌与克孜尔同期石窟接近，有显著的龟兹地方风格。由于唐代是龟兹地区佛教的鼎盛时期，因此盛唐时开凿的洞窟较多。库木吐拉石窟大约始凿于公元4世纪。当佛教从印度和犍陀罗等地传人龟兹后，龟兹人民在自己优秀的民族传统基础上，吸收外来艺术的有益成分，从而创造出具有时代特点和民族风格的卓越艺术。第24窟的“降魔变”，笔触粗犷豪放，表现了龟兹人民敦厚朴实、心胸开阔爽达的气概。第46窟映子本生图，采用较粗的线条勾勒轮廓，内部以赭石平涂，立体感很强。龟兹画家从自己的生活实践出发，让佛和菩萨披上龟兹服装，被人们称为“双领下垂”式大衣。在绘画技法上，“用笔劲紧，如屈铁盘丝”。第32窟残存“涅架变”中的举哀菩萨，线条圆润而坚实，流畅而柔和，富有韵律感，是“屈铁盘丝”式线条的代表作。
在库木吐拉石窟中，唐代的壁画数量最多。它在内容和画风上都和中原艺术比较接近。这里出现了“西方净土”、“东方药师”、“法华”、“弥勒”等大型经变故事画。画家以丰富的想像力，把现实和幻想糅合在一起，变成一幅现实主义和浪漫主义相结合的生动画面。在创作方法上，他们把佛和菩萨画得雍容端庄，温柔安详，充满了世间人情味。壁画中的佛土，天空彩云缭绕，大地楼阁林立，碧波清澈的池水，水中嬉戏的游鸭，盛开的莲花，飞翔的水鸟……使人见之心旷神怡。第16窟“东方药师”经变画中的飞天，披戴花冠彩带，成对地在空中迎风飘扬，婀娜多姿，表现了对未来生活的向往，显示了艺术家的丰富想像力。风景画中，出现了“远山近水”，“一摆之波，三摺之浪”的画法。楼阁房屋，“向背分明”，“深远透空”，树干山石上显出了皴法的雏形。这显然是盛唐时期中原画风的反映。同时，这一时期的壁画中，也还有许多是中原和龟兹画风相结合的产物。第36窟的举哀菩萨，同一幅画中，有的地方线条劲紧圆润，有的粗细相同，再薄施晕染，显得身姿挺秀，情态高雅。这些壁画足以说明，古代龟兹和中原地区的人民在文化上互相交流，共同促进了祖国绘画艺术的发展。
天山南麓的龟兹是古代丝绸之路的中心，世界几大文明——希腊的、伊朗的、印度的，都在这里和我国文化相汇合。但龟兹画师们并不机械地摹仿或照搬外来的东西，而是巧妙地吸收自己需要的成分，进而再与本民族的传统艺术熔为一炉，并力求表现出对现实生活的态度，从而创造出具有自己民族特点和地方特色的新风格的艺术作品来。库木吐拉石窟壁画的主要特点是：既有中原画那种丰富多变的线条，又有凹凸晕染法，并使二者有机地结合在一起，形成独具一格的龟兹画风。它运用了富有装饰性的图案作背景，以写实传真的空间，来衬托虚幻的宗教故事。这种手法，大量地使用在满铺窟顶的菱格本生、因缘故事画和菱格双幡复钵式塔内的坐佛图上。在横竖斜向排列的菱格中，又画出层层山峰，其间点缀着图案化了的树木、花卉、水池，再彩绘以形象生动、造型优美的佛本生或因缘故事画，使之动静结合，图案与写实相呼应，主题形象突出，色彩浓淡相宜，画面绚丽多彩，又富有装饰意匠。在后期的壁画中，菱格故事画虽被一排排的千佛像所代替，但在龛楣、背光、头光和一些边饰中，填充了许多卷草花卉、葡萄纹等图案，画面活泼流畅，气象万千。龟兹壁画中的人物，形象生动。除壁画以外，库木吐拉千佛洞窟内和窟外石崖上有大量的僧侣题名、龟兹文和汉文的题记以及并行的回鹘文题记、古龟兹文题记，也是研究古龟兹历史文化艺术极其珍贵的资料。
库木吐拉石窟壁画的艺术特点，从时间上它是中原地区佛教艺术的先驱；从空间上看，它正处于丝绸之路北道的要冲，是世界最古老的文化发源地中国、印度、埃及、波斯以及希腊和罗马的文化艺术交流的汇集点。库木吐拉千佛洞的壁画不仅有西方文化和中原地区文化的影响，同时又有着本地独特的艺术风格。千佛洞南北蜿蜒750米，现有编号的洞窑112个，现存壁画数千平方米，以描绘大乘佛教内容为主，壁画艺术“唐风”较浓，并有少量雕塑。千佛洞分为南区，北区，丁谷山峡谷区三部分。北区为主区，有80窟，南区是进入口，分两部分，共32窟。丁谷山峡谷区只有少量石窟。
库木吐拉千佛洞又被称为“汉人洞”，因此是中原和龟兹传统友好关系史的一个缩影。这些瑰丽的艺术珍宝，是古代龟兹人民智慧和艺术的结晶。它不仅是一部新疆绘画艺术史诗，而且也为研究新疆的经济、文字、建筑、音乐、舞蹈、服饰和工艺美术的发展史提供了形象材料。
