罗汉洞石窟位于罗汉洞乡罗汉洞村。石窟分布在东起韩家沟、西至霍家沟口千佛嘴，东西长约2公里，高约90米的红砂岩壁上。该石窟群始凿于北朝，之后隋唐、宋元、明清各代亦有开凿和重修。现存大小洞窟263个，以开凿于公元530—549年的大像窟、释迦多宝窟、罗汉窟和开凿于北宋年间的中心窟最为著名。

由于历史上多有坍塌，现露出地面的处于一层的释迦多宝窟内雕塑基本完整；西侧大像窟现存露天大佛一尊，高约4米，系北朝石胎，明代修复，清乾隆年间的李植元曾诗咏罗汉洞曰：“佛阁高浮碧水涯，氛浓团殿散晴霞，登峰放眼藤萝洞，千顷琉璃十丈花。”极言当时大像窟的规模和气势之盛，存留的石窝是当时楼阁建筑遗迹。从大像后可进入二层19个洞窟，中间甬道连通。其中中心窟是由4根方型石柱支撑的大殿窟，北宋风格，中心设坛基，坛基四角立柱直达窟顶，每柱四面浮塑天王，窟内四壁均有浮雕壁画，洞窟形制与陕北地区有纪年的北宋石窟完全一致，部分雕塑和壁画毁于“文革”中。其余窟龛有的无造像，有的残存清代和民国时期的墨色壁画、诗文、题记等。

罗汉洞主窟外石崖上其他多层窟龛难以进入，多为禅窟、僧房窟，以石井为上下和汲水送食物的通道。东端韩家沟两壁窟龛分布神秘莫测。西端千佛寺窟呈早期石窟形制，窟外石壁上石雕佛与菩萨造像密集。此窟是百里石窟长廊中最大的石窟群，集中的展现了泾川佛教从北魏到民国的延续更替，也折射出中国佛教在丝绸之路千余年中的兴衰情景。

1923年至1925年，美国哈佛大学福格艺术博物馆派遣的考察团对泾川佛教石窟进行现场考察，研究认为6世纪时，泾川罗汉洞石窟显然是一处重要的佛教艺术中心，曾有众多的朝拜者，由于该石窟处于遥远的西部，其雕刻特质和造像技法，以及在这一地区发现的少数绝对纪年材料，对研究中国早期雕塑，具有不可忽视的重要价值。