榆林窟初唐壁画只存残迹，其余4565平方米壁画大多保存尚好，根据特点可分为中唐（吐蕃统治时期）、五代、北宋、回鹘、西夏、元六个时期。唐代洞窟有14个，保存完整的仅存第25窟。该窟艺术价值颇高，在整个敦煌石窟中也属于珍品。前室正壁门两侧分别绘毗琉璃天王像和毗沙门天王像。主室窟顶可见千佛残迹。正壁中部绘卢舍那佛像和虚空藏、弥勒、地藏、文殊等八大菩萨像，北侧绘释迦行像，南侧已毁。南、北两侧壁分别绘观无量寿经变、弥勒经变。前壁门两侧绘文殊变、普贤变。全窟壁画构图严谨、造型逼真，色彩绚丽。威武有力的天王、力士、庄严慈祥的菩萨，栩栩如生的昆仑奴及狮子、白象，神态生动，线条潇洒流畅，充分体现了唐代风格和精湛技艺。尤其是“弥勒经变”中的农作、扫街、宴会、探亲、写经、剃度等描绘社会生活的画面，充满了浓郁的生活气息。此窟细密精致而秀丽的壁画艺术，是敦煌石窟中唐壁画的典范。

榆林窟在五代、北宋时期，兴建和重修洞窟23个。壁画题材主要有经变画、尊像画、佛传故事画、佛教史迹画、瑞像故事画和供养人画像等五类。其中的供养人画像，数量较多，分为三种：即曹氏归义军政权的统治者及其眷属、大小官吏的画像；与曹氏联姻的少数民族地方政权统治者画像，如于阗国王和王后，吐谷浑慕容归盈出行图等；特别是出现了曹氏画院的“都勾当画院使”、“知画手”、“都画匠作”、“画匠”等的画像，是重要的历史资料。