大佛窟乃利用天然石洞加工而成，是唐太宗（626~649年在位）为纪念彬州浅水原大战中的阵亡将士而建，窟内大佛背光刻有“大唐贞观二年（628年）十一月十三日造”的题记。此窟因窟中雕刻一尊高24米的阿弥陀佛坐像而得名，是全寺早期开凿规模最大、保存最完整的洞窟，也是中国现存唐太宗时期规模最大、最精美的一座洞窟。大佛窟平面呈半圆形，宽34.5米，高31米，进深18米，穹隆顶。窟前有一座50多米高的砖木结构三层楼阁。窟内共计有70个佛龛，1001躯造像。窟内正中有石胎泥塑西方三圣像，阿弥陀佛居中，观世音菩萨侍左，大势至菩萨侍右。主尊结跏跃坐于六角莲座上，面方圆，肩宽厚，造型自然丰满，神情端庄肃穆，佛教艺术的初唐（618~712年）风格表现明显。背光雕饰繁缛、精美，上雕7尊坐佛，22躯飞天以及火焰纹、菩提树叶等纹饰，凸显主尊。观音菩萨、大势至菩萨身躯挺立，略微倾斜。窟内四壁佛鬼密布，大小造像共计400余躯，最小的仅2厘米。大佛窟为初唐洞窟的典型代表。
