榆林窟的壁畫保存完好,內容較為豐富，主要可分6類：①經變。主要有《觀無量壽經變》、《彌勒凈土變》、《法華經變》、《維摩詰經變》、《報恩經變》、《華嚴經變》、《勞度叉鬥聖變》、《文殊變》、《普賢變》、《觀音經變》、《梵網經變》等。唐代後期經變多有墨書內容榜題。
②佛像。主要有千佛、說法圖、彌勒佛、藥師佛、阿彌陀佛、地藏菩薩、觀音菩薩、大勢至菩薩、水月觀音、天龍八部等。
③密教圖像。有壇城圖、明王像、千手千眼觀音、如意輪觀音等。
④佛教史跡。有《牛頭山組畫》、《唐僧取經》等。值得註意的是唐僧取經故事進入經變，悟空已變為猴像。
⑤裝飾圖案。用於藻井、圓光、邊飾、地毯、桌圍、器物；服飾方面的裝飾紋樣有團龍、翔鳳、麒麟、天馬、華鴨、蓮花、寶相花、幾何紋、法器紋等；結構嚴密，色彩清麗。
⑥供養人。有瓜沙曹氏家族功德像，如歸義軍節度使托西大王曹議金和夫人北方大回鶻國聖天公主隴西李氏的供養像（第15窟），節度使曹元忠和涼國夫人潯陽翟氏及其幼子曹延祿供養像（第19窟）；有都勾當畫院畫家的形象，如沙州工匠都勾當畫院使保供養像（第35窟），左廂都畫匠作白盤供養像（第33窟），知畫手武保琳供養像（第35窟）等；也有西夏時期黨項武官畫像，如“大瓜州監軍司(唐盤)皈依像”，“內宿禦史正統軍使趙……皈依像”(第29窟)等；還有蒙古貴族畫像，如“思賀答裏太子”、“平牙答思達魯花赤”供養像（第3窟）等。
另外，第25窟壁畫中的藏文題記，說明該窟是吐蕃占領瓜州後最早的洞窟。壁畫內容和風格完全繼承盛唐遺規，造型豐腴，構圖嚴謹，色彩絢麗，線描圓潤飄灑，蘭葉描意趣頗濃，保留著吳道子的風格。
第25窟主室現存2幅經變畫。
北壁的“彌勒凈土變”是壹幅構思精密的大幅畫。畫面結跏趺坐的彌勒佛居中正在說法，寶蓋懸空，聖眾圍繞，眾多的人物姿態、性格和神情迥然不同，佛的莊嚴肅穆，菩薩的恬靜美麗，天王、力士的勇武有力，都表現得淋漓盡致，顯示出畫家驚人的技藝。經變中還穿插著許多小型構圖。左上角的“農作圖”繪壹農民扶犁耕地，後面跟壹撒種的婦女，旁繪壹農民持鐮收割，場上堆放著糧捆，壹農民雙手執六齒叉揚場，壹婦女待掃帚掠掃。這些生產場景具體而真實的反映了唐代農業生產的方式和農民的勞動生活。經變下方左右對稱的“男女剃度圖”，有剃頭的、盥洗的、更衣的、侍立的，還有徘徊觀望的，各種各樣的姿態動作，表現了各自不同的思想感情。此外，還有“掃街圖”、“宴會圖”、“寫經圖”、“探親圖”等描繪社會生活的畫面。這些小構圖是經變的有機組成部分，它使神秘而肅穆的天國充滿了濃郁的人間生活的氣息。
南壁是《西方凈土變》，畫面展示了佛徒理想中的極樂世界；畫面上樓臺亭閣平列環抱，菩提樹下阿彌陀佛朗朗說法，十大菩薩次第擁坐，靜聽佛語。天上仙鶴起舞，飛天散花；地上荷花盛開，碧波蕩漾。殿堂前舞女伎腰懸長鼓，舒臂輕擊，雙腳起落交錯作踏歌狀。兩邊八位樂師亦皆是女性，或簽、或笛、或蕭、或琴，各執壹技，悠然自得，觀之使人有飄然欲仙之感。
西壁門兩側對稱繪的《文殊變》和《普賢變》也各具特色。25窟的壁畫，色彩絢爛富麗，人物豐腴健美，構圖宏偉嚴密，富於想象，線條道勁流暢，具有吳道子壹派的風格，“良工運精思，巧極似有神”，充分體現了唐代繪畫的高度藝術成就。