炳灵寺石窟的许多洞窟中保有了大量石窟壁画,总面积约有一千余平方米,在时代上,上至西秦(十六国),下至明代,之间涵盖北朝隋唐, 从西秦至明代,炳灵寺石窟壁画以长达一千余年的时间跨度,为世人留下了一千余平方米的珍贵艺术瑰宝,不仅向我们展现了炳灵寺汉传佛教与藏传佛教的历史印迹,而且是研究相关历史时期佛教艺术与绘画艺术不可多得的珍贵资料
西秦壁画的主要代表是169窟,完成于建弘元年(公元420年)前后,表现内容为尊像画、因缘故事、供养人及装饰图案等。绘画技法则以中国传统线描为主,有些则为了突出立体感而采用了西域晕染法,但相对较为简略。颜色则以耐久的矿物质石青、石绿、土红为主,画风简洁明快,肃穆庄重。
隋代壁画以第8窟保存最好,线条流畅,色彩浓重,姿容端庄,颇为大气,尤其菩萨与弟子衣领所绘具有中亚波斯风格的联珠纹给人留下深刻印象。
唐代壁画留存不多,一方面是由于唐代炳灵寺石窟艺术是以石雕为主,另一个原因是明代重妆时,多以新作将唐窟壁画覆盖。
所存唐代壁画彩色鲜艳,以装饰性图案为主,工艺简单,不做地仗,直接在崖壁上涂上底色后绘成。
明代壁画多为利用原有洞窟实施重妆而新绘制的藏传佛教壁画,题材丰富,线描细密,色彩浓烈,刻画生动,艺术冲击力强烈。