森木塞姆千佛洞主要分布于却勒塔格山口直径约800米范围内的山崖上。石窟大部分已经遭到破坏，目前保存较为完整的有57座。洞窟分布在马蹄形的山谷里，按地理位置可分为东、南、西、北、中五个区，现有编号洞窟57个。中区中央为一地面寺院遗址。洞窟的形制多种多样，保存了古龟兹王国完整的洞窟和壁画的实物资料。壁画题材以因缘、佛教故事为主，人物画多以土红色勾画轮廓，晕染法表现明暗与立体，用色艳丽。晚期洞窟壁画则出现了汉族及回鹘的画风。

森木塞姆千佛洞的洞窟数量虽然没有克孜尔和库木吐喇石窟那样多，但却囊括了龟兹石窟艺术发展的全过程，对了解和研究佛教及其艺术的传入，龟兹佛教的发展，佛教石窟艺术的演变及其社会背景有着重要的意义。森木塞姆石窟是古代“丝绸之路”上遗留下来的珍贵文化遗产，是古代东西文化交流的结晶，有独特的地方性、民族性、多元性等特征，在中国乃至世界的佛教艺术宝库中占有重要地位。