莫高窟开凿兴建的年代，不同的文献资料记载稍有出入。目前多数学者所同意的观点是前秦建元二年（366）乐僔和尚在莫高窟创凿洞窟，法良禅师接续建造。
据武周圣历元年（698）《李君修慈悲佛龛碑》所记载，“莫高窟者，厥前秦建元二年(公元366年)，有沙门乐僔，戒行清虚，执心恬静，尝杖锡林野，行至此山，忽见金光，状有千佛，造窟一龛。次有法良禅师，从东届此，又与僔师窟侧，更即营建。伽蓝之起，滥觞于二僧。”
到北凉时期，此地已形成了小型僧侣社区。这些洞窟最初只是作为隐士僧侣的冥想修行之所，但后来发展为服务于附近兴起的寺院。
此后，北魏宗室东阳王元太荣（本名元荣），北周贵族建平公于义先后出任瓜州（敦煌）刺史，受崇佛造像风习的影响，莫高窟开始发展。
隋和唐前期，敦煌成为丝绸之路的主要商业枢纽和重要的宗教中心，莫高窟也进入鼎盛时期，成为各方的朝圣之地。这一时期，莫高窟建造了大量的洞窟，其中包括两个大像龛。
作为冥想的辅助，作为向不识字的人宣传佛教信仰和故事的教学工具等，这些洞窟空间及内部壁画与造像被精心营造。主要的洞窟通常由佛教僧侣、地方统治精英以及中原帝王等赞助人赞助，其他洞窟则由商旅、军官和当地的人（如妇女团体）资助。
安史之乱后，建中二年（781）吐蕃占沙州（敦煌），在吐蕃赞普保护下，莫高窟得以继续发展。大中二年（848）张议潮率兵起义，收复河西十一州失地，奏表归唐。在张氏归义军政权统治的晚唐时期，张氏家属及其显贵姻亲在此继续修建。
乾化四年（914）曹议金取代张氏执掌归义军政权，曹氏家族统治瓜（安西）沙（敦煌）120多年，新建洞窟，还全面重绘重修前代洞窟和窟檐，在崖面上大面积绘制露天壁画，使莫高窟外观蔚为壮观。
北宋景佑三年（1036）和南宋宝庆三年（1227）此地先后为西夏、蒙古政权统治，尽管仍有兴造修葺，但伴随丝绸之路失去重要作用和敦煌经济萧条，莫高窟已趋衰落。元以后停止开窟。
概括而言，莫高窟兴于十六国时期，历经北魏、隋、唐、宋、西夏而讫元代。
发现和保护，莫高窟在明代一度荒废，鲜为人知。
至清代(1644-1911)流放到中国西部地区的官员提供了关于该地区（今新疆维吾尔自治区和甘肃省）语言、民族和地形的连续记录。
在中国的各个朝代，这种地方文献的编撰传统一直传承不辍，自《汉书》以来的各朝官方史书中，都设“西域传”。伊犁将军松筠(1802-1809年在职)命谪戍官员编撰新疆的地方文献。
为了完成撰述，徐松于1815-1816年进行了实地考察以搜集资料，其间，他考察了敦煌的佛教洞窟遗址，记录了莫高窟建窟碑。此外，他还注意到一些其他的古代遗址。
徐松刊布了一些着作，其中包括《汉书西域传补注》和《西域水道记》。
徐松还撰有新疆诗集一部（《新疆赋》），这是中国贬谪文人的另一种文化传统。
纪昀（1724-1805，1768年贬逐）在乌鲁木齐的诗歌和日记，以及洪亮吉（1746-1809，1799贬逐）的诗歌，都提供了非常有价值的第一手资料。许乃谷（1831-1834年任敦煌知县）继承了这个传统，着有《千佛洞赋》。
蒋孝琬（蒋师爷，？-1922），湖南人，1883年去新疆，在县、州行任师爷。1906-1908年，斯坦因第二次中亚探险（参见英国收集品）过程中，蒋孝琬一直担任翻译、助手。
蒋孝琬多年的师爷经验正是斯坦因所需要的，因此当他于1906年5月见到斯坦因时，两人很快就开始了探险活动。蒋孝琬以助手身份与斯坦因同赴敦煌，同时教斯坦因中文。
他协助斯坦因处理庶务，疏通关系，帮助斯坦因说服敦煌的道士王圆箓允许斯坦因和他接触藏经洞藏品。
20世纪初-40年代，20世纪初至40年代初敦煌艺术研究所成立之前，是敦煌石窟历史考古研究的发端，主要是对石窟的考察、调查、记录和资料的公布。
敦煌在20世纪引起关注，与藏经洞的发现有密切关系。王圆箓是一个云游道士，于1890年左右来到敦煌莫高窟，并在此定居。他俨然成为石窟的民间守护者，并四处筹款以修缮庙宇。
光绪二十六年（1900），在清扫第16窟的积沙时，他的一个工人突然发现一个暗门，门内是一间小秘室，隐藏着堆得满满的4至11世纪的写卷和绘画。该窟即是第17窟，并以藏经洞闻名（最初它是9世纪左右为洪辩和尚建造的影堂）。
王圆箓（1849-1931），王圆箓发现藏经洞后，英国的ma斯坦因(marc aurel stein，1862-1943)、法国人伯希和、日本人橘瑞超和吉川小一郎相继掠走洞中大量经书等文物。
俄国人sf奥尔登堡(cepгen фeдopoвnч oльдeh6ypг，1863-1934)、美国人l华尔纳还盗走莫高窟的一些壁画。这些盗劫和破坏使敦煌文物受到很大损失。
同时，他们中也有人开始以考古学的方法对洞窟做了编号、测绘、照相、文字记录，并公布了敦煌石窟的部分照片和资料。
1907年和1914年，斯坦因先后两次到莫高窟考察。1907年第一次考察时，除了从王道士手中骗购了藏经洞发现的文献和绢画外，他还对洞窟的建筑、雕塑、壁画进行了考察，编了20个洞窟窟号，做了一些测绘、摄影和文字记录。他于1921年出版了《西域考古图记》《千佛洞》。
1908年，伯希和到莫高窟调查，又骗购了藏经洞出土文物的精华，同时对大部分石窟做了描述、记录，拍摄了照片，还第一次给莫高窟有壁画的洞窟做了编号，对石窟的年代和壁画内容做了考订，对残存题记进行了记录。
1909年伯希和再次访问北京时，向中国学者展示了他从藏书洞获得的一些文献，引起了学界的轰动。
第一批敦煌学者，包括董康、罗振玉、王国维、王仁俊、蒋黼、叶公绰、刘复等，都来到了八宝胡同伯希和的寓所。
在伯希和的帮助下，学者们打探藏经洞的消息，抄录敦煌写卷，拍照并复制他们看到的敦煌写卷。
此后，一些学者以个人之力印行了部分内容，如罗振玉将伯希和获得的部分写卷编辑成一卷，于1909年出版《敦煌石室遗书》。
罗振玉（1866-1940）与此同时，着名学者罗振玉听说，藏书洞里还剩下八千多份写卷。他意识到，如果不尽快将手稿带到北京，它们可能会全部遗失。
在罗振玉和其他学者的共同努力下，学部最终发布了搜集剩余写卷的政府指令。手稿到达学部后，一些写卷被李盛铎盗取。
此后不久，1911年革命导致清朝被推翻，让政府无暇顾及敦煌手稿。几经周折，这批写卷入藏京师图书馆。敦煌写卷8697份，至今仍是中国国家图书馆敦煌资料的主要部分。
随后，通过政府资助、公众捐赠和图书馆采购，中国国家图书馆目前收藏的写卷总量已增至约16,000份，它是中国最大的敦煌资料馆。
1914-1915年，奥登堡在伯希和考察的基础上，对莫高窟做了比较全面、系统、详尽的综合性考察。
除了对伯希和的测绘做了补充、修改，新编、增编了一些洞窟编号外，还逐窟进行了拍摄、测绘并做了较详细的文字记录，对重点洞窟做了临摹。在测绘南区洞窟单个洞窟平面图、立面图的基础上，拼合出了总立面图和总平面图，形象地记录了莫高窟当年的真实情况。
他的测绘图和来自敦煌莫高窟的收藏品，20世纪90年代开始陆续由上海古籍出版社整理出版《俄藏敦煌艺术品》共6卷，《俄藏敦煌文献》共17卷，这些成果直到近年才逐渐被整理发表。
1924年和1925年，美国华尔纳率哈佛大学考古队两次赴中国西北考察，除窃取了莫高窟第328窟一尊彩塑和十多方壁画外，也对敦煌石窟进行过调查，还对榆林窟第5窟（今编第25窟）的壁画做了专题研究，发表了《万佛峡：一所九世纪石窟佛教壁画研究》。
这一时期，国外还有一些学者依据斯坦因、伯希和公布的照片和资料，对洞窟进行了研究。
在分期研究方面，由日本学者小野玄妙于1924年首先开始，此后有1931年巴切豪夫、1933年喜龙仁等人发表研究文章。由于掌握的石窟资料有限，他们的分期大都失之偏颇。
值得一提的是日本学者松本荣一。他根据斯坦因、伯希和从敦煌骗购的藏经洞出土的绢画、纸画以及在敦煌拍摄的壁画照片，写出了图文并茂的巨着《敦煌画的研究》，初版于1937年。
整个20世纪，中国学者对石窟艺术、绘画和造像的兴趣和研究不断增加。这一兴趣也与现代民族国家概念的兴起有一定关系。
继1940年画家吴作人到访之后，张大千在1941-1943年间参观了敦煌莫高窟和附近的其他洞窟遗址，他对洞窟做了一次编号清理，对洞窟内容做了调查和记录，对年代做了初步判断，之后出版了《莫高窟记》。