位於劉家峽水庫上游，永靖縣西南寺溝峽黃河北岸。在南北長2公里的陡峭峻險的紅砂岩懸崖上，石窟神龕鱗次櫛比，棧道凌空，雄偉壯觀，是甘肅三大石窟、我國五大石窟之一。
炳靈寺最早稱「唐述窟」，是羌語「鬼窟」之意，唐代稱「龍興寺」，北宋稱「靈巖寺」，明永樂年後，稱「炳靈寺」，又名「冰靈寺」。炳靈藏語為「笨郎」，即「十萬佛」之意。遠在十六國時期，鮮卑族乞伏氏曾在枹罕建立西秦政權（公元385－431年），統治達47年之久。
炳靈寺石窟，始建於西秦建弘元年（公元420年），從十六國時代起，歷經北魏、北周、隋、唐、宋、元、明各代，已有1600多年的歷史。西秦建都臨夏期間，國王御駕親臨石窟，揮毫題詞，真跡尚存於巖壁之上。自公元420年鑿窟起到宋代，石窟對漢傳佛教、淨土宗、華嚴宗和禪宗的影響較大，元末明初，藏傳佛教中的黃派（格魯派）傳入炳靈寺。
炳靈寺石窟在承襲前代民間藝術的基礎上，吸收和融合外來佛教藝術，以嶄新的姿態、簡潔的手法，創造了生動的雕塑形象和繪畫藝術，其浮雕佛塔和密宗壁畫可與莫高窟和麥積山石窟齊名。
石窟分上寺、洞溝、下寺三處，以下寺最為壯觀。它們分佈在長200米，高60米的懸崖上。炳靈寺石窟現存窟龕196個，石雕像694身，泥塑82身，壁畫900多平方米。最大的唐代彌勒坐佛高達27米，最小的雕像高10厘米。其中，西秦開鑿的有2窟1龕，北魏開鑿的有8窟25龕，北周的有2窟，隋代的2窟，唐代的有20窟113龕。
唐代作品藝術成就最高，當時僧人達到3000多人。該窟中的西秦建弘元年（公元420年）名僧法顯的墨書題記，是國內石窟中保留最早的紀年題紀，對全國其他古老石窟的斷代提供了標識，具有十分重要的歷史價值。
窟龕造像和壁畫以169號自然窟大坐佛以及崖面中所有的眾多中小型窟龕構成主體。169號窟古稱唐述窟，現稱「天橋洞」，高15米、深8米、寬20米，為已知我國開鑿最早、保存最好的洞窟。窟內有佛龕、石雕、石胎泥塑三類造型。171龕，位於石窟懸崖上，有唐代石胎泥塑的彌勒佛大坐像一尊，依山雕鑿，高達27米，雄渾莊嚴。窟中西秦《文殊菩薩問疾圖》，是我國目前所見時代最早的一幅維詰經變圖。原16號窟，現歸位在石窟群對面睡佛殿內，長8.6米的泥塑炳靈寺臥佛，是我國現存北魏時期的唯一一尊臥佛，具有非常重要的研究價值。高25厘米的唐代侍女造像，是我國現存石窟像中最為珍貴的一尊，充分體現了盛唐風貌。
炳靈寺入口處懸崖旁邊佇立著峻峭的姊妹峰，周圍有鴛鴦洞、藥水泉等勝境，山青水秀，峰險石奇。