龟兹国是古代西域三十六国中的大国，龟兹石窟便是它留下来的瑰宝。这片石窟曾是僧人修行栖身之所，而虔诚的佛教徒们，以绘画的形式，将佛教的各种人物、故事、传说描摹在石窟壁上。
龟兹石窟是指古代龟兹国境内所遗留的佛教石窟群，比较集中的石窟群有克孜尔、库木吐喇、森木塞姆、克孜尔尕哈、托乎拉克艾肯、台台儿、温巴什、玛扎巴赫、阿艾石窟等，保存洞窟总计达600余个，壁画近10，000m2。截止2006年6月，上述九处石窟全部被国务院公布为全国重点文物保护单位，其中克孜尔千佛洞、库木吐喇石窟1961年就已列为国家首批国家级重点文物保护单位。
龟兹石窟处在葱岭以西的阿富汗巴米羊石窟和新疆以东诸石窟群之间，其中以克孜尔石窟作为龟兹石窟典型代表，它保存有早期壁画的洞窟和大像窟的数量远远超过了巴米羊，克孜尔石窟始凿于公元3世纪末至公元四世纪初叶。早期洞窟年代至少要比敦煌莫高窟早一百年左右。克孜尔石窟是中国地理位置最西、开凿年代最早的大型石窟群。克孜尔千佛洞167号石窟的窟顶共有七层，被学术界称为七层复斗顶，这是中国独一无二的洞窟。克孜尔石窟壁画大致分为佛教故事画，佛经叙事画，佛教人物画，以及龟兹西域的山水、飞天像等。克孜尔石窟类型可分为支提窟、讲经窟、毗诃罗窟、仓库窟等六种类型，还有149个未定型窟。龟兹石窟在本地传统文化基础上吸收外来因素，逐渐发展，形成了相对稳定的极具地方特色的龟兹石窟艺术模式。在传承佛教文化、模仿印度支提窟的同时，根据本地岩石酥松易于坍塌的特性，创造出别具一格的“龟兹式”中心柱窟，是佛教理念和自然条件巧妙结合的产物，这是佛教艺术史上的一大贡献。
石窟群的兴建年代，大约自东汉至唐代，均属古龟兹境内，所以一般统称为龟兹佛教艺术，而把龟兹地区石窟艺术中的壁画，称为“龟兹壁画”。龟兹地区石窟艺术的成就，集中反映在瑰丽多彩的壁画上。壁画题材包括释迦牟尼诸菩萨、比丘阿难众弟子，本生、佛传众故事，以及伎乐、飞天、供养人等。壁画采用勾线、平涂和晕染相结合的重彩画法，用屈铁盘丝描法，以石青、石绿、白色为主凋，加朱色、赭色提点，色调瑰丽明快，形成了所谓西域画风。
雕塑在龟兹石窟中占有重要地位，但在千年历史沧桑、宗教易宗过程中遭到严重毁坏。从残存部分的塑像中，不仅可以看到早期受印度犍陀罗和秣兔罗雕塑艺术的影响，而且从中也可见其雕塑艺术的自身发展进程，逐步揉合本地区、本民族的审美意识，体现出浓郁的龟兹风格。克孜尔新1窟内残存的泥塑彩绘涅槃佛像是新疆境内现存唯一的涅槃像：库木吐喇新1窟内的泥塑彩绘坐佛像是新疆境内现存唯一完整的坐佛像。龟兹石窟中大量的壁画题材主要有佛本生、因缘、本行、譬喻和供养故事等。在题材内容和表现形式上具有鲜明的龟兹地方特色。主要反映说一切有部的小乘佛思想。龟兹石窟壁画中的许多故事题材在数量上居国内石窟之冠， 有些题材不见于国内外其它石窟，龟兹石窟壁画的主要构图形式是将一个个佛经故事绘在以山峦围成的菱形格内，一个故事多以一个或两个典型画面来表现。以拜城克孜尔千佛洞石窟壁画为例，尤以券顶菱格式经画为典型，壁画的内容以表现小乘教派深山苦修的教义为宗旨。这种菱格式构图既有佛教教义的象征性，又有画面布局的合理性。菱格画的独创性、多样性及其构图布局的繁密和一体性，成为佛教艺术的突出成就之一。铁线描和凹凸晕染等技法的运用也是龟兹石窟艺术模式不可或缺的一个组成部分。
龟兹石窟保存有婆罗谜文、汉文、回鹘文、突厥文和察合台文等文字。其中婆罗谜文字题记保存着大量的古代历史信息，对其解读将为龟兹石窟的研究揭开新的一页。大量的汉文题记以及出土的汉钱、唐币等文物是研究中原与龟兹关系的重要资料，从中可看出新疆各族人民很早以来就与内地人民有密切交往，共同创造了中国灿烂的文化。
