Una llegenda local afirma que, el 366, el monjo budista Lezun (Lo-tsun) va tenir una visió de mil budes, i va convèncer un pelegrí de la ruta de la Seda de construir-ne els primers temples. Els temples es van multiplicar, per arribar a més d'un miler. Del segle iv al xiv, els monjos de Dunhuang van reunir manuscrits procedents d'Occident, i els pelegrins van començar a adornar els murs de les grutes amb pintures que cobreixen 42.000 m². La majoria dels dibuixos daten, tanmateix, de la dinastia Tang, entre el segle vii i el X. Les grutes van ser abandonades al segle xiv.

Els monjos budistes portaven en aquestes grutes una vida austera perseguint la il·luminació. Les pintures ajudaven a la meditació; servien també per a la instrucció dels analfabets en matèria de llegendes i de creences budistes.

Les pintures descriuen la vida i l'obra del Sakyamuni, el Buda històric. Però aquest lloc de pietat també mostra les escenes en què es barregen diverses cultures orientals, sobretot hinduistes.

Les coves van ser objecte de diverses onades de degradació: els musulmans van deteriorar-ne l'estatuària. Les cavitats van servir de refugis als russos blancs al començament del segle xx. En canvi, la Revolució cultural va preservar l'indret, probablement gràcies a la intervenció de Zhou Enlai.

Al començament del segle xx, un taoista xinès de nom Wang Yuanlu, anomenat "l'abat Wang", es va fer guardià d'aquests temples, on va descobrir un conjunt considerable de manuscrits anteriors al segle xi (manuscrits de Dunhuang) en una cova amagada fins aleshores. Aquest fet va atreure els exploradors europeus, que van travessar l'Àsia per intentar veure'ls i obtenir-los. Wang va començar una ambiciosa renovació dels temples, amb l'ajut de donacions procedents de les ciutats veïnes, però també subministrades per exploradors europeus com sir Aurel Stein i Paul Pelliot. Només una quarta part dels documents descoberts va romandre a la Xina, la resta es va dispersar per tot el món, sobretot al Museu Guimet de París i al Museu Britànic de Londres.