第16—20窟，因系著名高僧昙曜主持营建，故称昙曜五窟，是云冈最早开凿的五个洞窟。窟制相同，平面呈马蹄形，穹窿顶，窟内造像以三世佛为主，主像为巨大如来佛像，雕饰奇伟，冠于一世，分别象征着北魏的五位皇帝。
第16窟（立佛洞）：主像为释迦立佛，高13. 5米，波纹状发髻，清秀俊逸。佛像身穿褒衣博带式袈裟，胸前结带下垂，属北魏太和年间推行汉化时的服制。
第17窟（弥勒三尊洞）：主像是菩萨装的交脚弥勒，高15.6米，头戴宝冠，胸佩蛇饰及短璎珞，臂着钏，斜披络腋，束腰收腹，下穿羊肠长裙，狮子座，具有浓郁的异域情调。
西壁立佛面庞浑圆，造型古朴壮美。东壁坐佛双肩齐挺，服饰线条流畅，刀法娴熟。
窟内四壁以千佛雕刻为主，雕像清简劲直，纯真朴质，反映了云冈早期造像的艺术特点。西壁佛像背光外缘供养天，单腿半跪，双手捧莲，神情恬静，造型优美。明窗东壁太和十三年（487）造像龛，是云冈石窟分期断代的重要标尺。
（第十八、十九、二十窟为一组，第十九窟是中心窟，开凿时间最早。）
第18窟（立三佛洞）：设计严谨，布局完整，北壁主佛像高15.5米，高肉髻，面颊丰圆，鼻梁高挺，浑厚质朴，身披千佛袈裟，两侧分别配置胁侍佛、胁侍菩萨及十大弟子像。
左胁佛头顶华盖，面庞浑圆，体魄伟岸。左胁菩萨头戴花冠，秀丽典雅。上端五弟子雕刻，俱为西域人特征，或提瓶静立，或拈花微笑，或闭目倾听，或若有所悟，或喜从心生，鬼斧神工，令人叹绝。
第19窟（宝生佛洞）：主佛像结跏趺坐，高16.8米，是云冈石窟中第二大佛。佛像耳轮齐肩，下颌崩毁。举右手，肘下有一小柱支撑。衣纹简洁明快，轻薄贴体，袈裟边饰折带纹。南壁罗睺罗因缘是云冈最早的佛教故事图像。窟外东西各开一耳洞，内一倚坐佛像。这种分窟安置三世佛的布局设计，既有变化，又显庄严，是北朝石窟形制的新创举。
第20窟（白佛爷洞）：窟前立壁与窟顶早年崩塌，辽时建有木构窟檐，后毁于兵火，形成露天造像。
主佛是云冈石窟最有名的大佛—云冈大佛，高13.7米，高肉髻，广额丰颐，长目高鼻，有八字髭，手结禅定印，质地厚重的袒右袈裟，衣纹凸起，具有犍陀罗造像遗风。大佛挺拔健硕的身躯，气势雄浑的神情，突出表现了鲜卑游牧民族的强大，是云冈石窟雕刻艺术的代表与象征，也是中国早期佛教雕刻艺术的空前杰作。大佛两侧各一立佛与胁侍菩萨，西像惜毁。
西部诸窟：公元494年，孝文帝迁都洛阳后，云冈石窟大规模的皇家开凿工程告停，民间开窟造像之风继起，一直延续到孝明帝正光年间。
晚期洞窟以中小型洞窟居多，类型复杂，式样多变。四壁三龛及三壁重龛窟是这一时期流行的样式，造像题材以三世佛、释迦弥勒、释迦多宝二佛以及文殊维摩等组合较为常见。佛像一律褒衣博带，清秀俊逸；菩萨披帔帛，细颈削肩；飞天身材修长，长裙裹足。龛楣、帐饰日益繁杂，中国佛教造像艺术全面走向中国化、世俗化，并成为龙门石窟开凿的样本。
第39窟（塔窑窟）：圆拱形窟门，楣内饰忍冬纹。窟门上方两明窗。窟内四壁雕刻千佛，中央置五级方塔，高6米，每层四面开龛，各龛间雕出有收分的方柱，柱上雕枋。各层均出密檐、瓦垅，檐下施一斗三升与人字形拱，方形塔基。该塔柱建筑构件雕刻准确，保存完整，是研究中国早期佛塔的重要资料。
