截止2001年5月，克孜尔石窟已编号的有236个，按自然区域分为谷东区、谷西区、谷内区、后山区，绵延约3公里，根据相关艺术测定则大致可分为四个时期。

初创期

先是其初创期，大约为公元3世纪末到4世纪中叶，存在壁画的有效洞窟118、92、77、47、48、117窟，多为方形窟。后期有大像窟(47窟是最大的)，指中心礼拜窟特别高大的石窟，这类石窟的前室都凿出露天大佛像，为仿巴米扬大佛像窟的式样开凿而成，此窟分为前后室，左右两壁各凿出的五排方孔，应为木窟檐的痕迹，从正前壁残存的大圆孔石台的大立佛像站立的情况来看，这里曾有一个高16米左右的大立佛，这在龟兹地区可算是最大最高的佛像了，后室，大约原台上塑有的涅盘佛，只是可惜被毁坏了。用简单的粗线条勾勒出轮廓，再在残廊内大笔涂抹，此壁画风格可用"用笔粗犷，色彩明快，人物简单古朴而又不失神彩"来形容，单从画风上大家也可以看出它的建造是比较早的，此窟作用一般是用来观佛礼佛的。还有禅定及天宫伎乐图等，以佛传故事为主，反映小乘佛教思想为主，犍陀螺艺术风格较为明显。

发展期

然后是发展期，大约公元4世纪中叶到5世纪末，主要有38、76、83、84、114、13、32、171、172窟，此时就出现了以中心柱窟为中心的洞窟组合，包括僧房、讲经堂、礼拜寺等，形成寺院形态，此时画风为晕染法，菱形格构图，以本生故事和因缘故事内容为主，大家请看这38窟内的菱格画就是画的摩词萨王子舍身饲虎的一个本生故事。佛本生故事是讲解迦加牟尼生前许多修行成佛的故事，根据 "轮回转生"理论而形成的，本生故事是最精彩的一个场面的体现，而不是取卷轴连环画的构图形成，且绘画于中心柱的主窟室的菱格之中。

繁盛期

再往后到了公元6-7世纪，为其繁盛期，造像普遍采用金粉或金箔敷贴。在此方形窟中因缘画较为突出，建筑上以大型中心柱居多。因缘故事就是记释迦加牟尼成佛后，云游四方，传播佛法，常以因缘故事喻人，就产生了因缘故事，传播因果轮回之说。第8窟的菱格因缘图，上画的是猴子奉蜜于佛，佛云有虫，猴去虫又奉之，又曰太浓，猴就加泉水以稀之，再奉，佛和众弟子饮了，猴很开心，一高兴跌入水坑淹死了，因前身奉过佛，来生生于富贵人家做了富人，此类因缘故事在石窟中有100多种上千幅，但内容较难识辨，其种类数量却属国内罕见。

衰落期

最后克孜尔千佛洞衰落于8-9世纪，存在壁画有129、197、135、227、180、229窟，它的衰落可从一些石窟中游人任意在壁上刻划题记等可以看出来，如果僧徒在此修行拜佛，游人是不敢在此胡做非为的，只有废弃了游人才会如此;以及47、107、117窟开在较早但原画被覆盖重画。克孜尔石窟的衰落与战争有关，据克孜尔石窟佛塔下一个断为两截的唐开元三年(715年)纪功碑可知，公元8世纪初，此地曾为大破吐鲁番的一个战场。在克孜尔石窟93窟中刻的一幅攻战图可以看出，此图下部还刻有"来俊俊"三字可能为人名，大约为当时士兵对战事的描述。

    克孜尔石窟的洞窟形制大致有两种:一种为僧房，是供僧徒居住合作产的场所，多为居室加通道结构，室内有灶炕和简单的生活设施;另一种为佛殿，是供佛徒礼拜和讲经说法的地方。佛殿又分为窟室高大、窟门洞开、正壁塑立佛的大佛窟和主室作长方形、内设塔柱的中心柱窟，还有部分是窟室较为规则的方形窟。不同形制的洞窟用途不同。这些不同形制和不同用途的洞窟有规则的修建在一起，组合成一个单元。从配列的情况看，每个单元可能就是一座佛寺。