克孜尔千佛洞大约始建于3-4世纪，或者更早一些；盛期在6-7世纪；8世纪末吐蕃占据龟兹后逐步废弃，其相继营造的时间达五六百年之久。

这座千佛洞已编号的有236个窟，目前窟形尚完整的有135个窟。其中有供僧徒礼佛观像和讲经说法用的支提窟，有供僧徒居住和坐禅用的毗诃罗窟。支提窟中有窟室高大，窟门洞开，正壁塑立佛的大像窟；有主室作长方形，内设塔柱的中心柱窟；有窟室为较规则的方形窟。

毗诃罗窟又称僧房，多为居室加甬道式结构，室内有灶炕等简单生活设施。这些不同类型和用途的窟，多呈规律地修建在一起，组合成一个个单元。从配列的情况看，每个单元可能就是一座佛寺。这种窟室结构和布局，在我国石窟建筑中较为罕见。

克孜尔千佛洞的塑像和壁画均绘塑于支提窟内，虽然塑像多已毁坏，但壁画尚保存约有5000平方米，题材主要为佛传、因缘和本生故事。此外，反映弥勒说法和僧人习禅的题材也有一定的比重。

与其他石窟相比，克孜尔千佛洞可说是我国修建得较早、现存规模较大的一座石窟寺。它的特殊窟形、壁画题材和艺术风格，深刻地反映了龟兹佛教的情况，代表了龟兹民族的文化艺术水准，是游览和研究佛教文化艺术的重要场所。