历史上，关于炳灵寺的记述，曾见于北魏人郦道元《水经注》卷二“河水”条，《水经注》中记曰：“河峡崖傍有二窟。一曰唐述窟，高四十五丈。西二里，有时亮窟，高百丈、广二十丈、深三十丈，藏古书五笥。”从记载中可见，这里风光清丽，千峰竞秀，崖如刀劈，极适宜寺窟寺院的建造。

　　西汉前此地域为羌人聚居地，据考证，北魏前此窟称“唐述窟”。所谓“唐述”，即羌语“鬼窟”之音译。故积石山称为唐述山，河水亦称唐述水，表明它曾是羌族势力统辖的地区，也可见此地在古人眼中是神秘莫测的地方。同时，此地又是"丝绸之路"陇西段的交通要道，它是取道青海到达流沙，中亚西域通往西亚的必经之地。故有"丝绸之路"右南线“临津古渡”之称。西秦乞伏氏曾花费三年功夫在附近黄河上架桥，号称“桥高五十丈”，所以西秦曾选此地为国都。

　　相传，晋代名僧法显当年就是从这里渡黄河赴印度取经，并留有他的题记。西秦氏信佛法，并聘中原和西域著名高僧昙摩毗、玄高等为护国大禅师。昙弘、玄绍诸僧也到过西秦。高僧玄绍就在炳灵寺“蝉蜕而逝”。由此可知，当时的西秦已有“凿仙窟以居禅”的风气。至唐代，唐述山已成为佛教丛林，改称灵岩寺，强胜的吐蕃王朝政权也一度占领此地。到宋代，笃信佛教的吐蕃赞普王朗达玛第五世孙确斯罗于1032年建立了以青唐（今西宁）为中心的确斯罗藏族政权，占有整个河州地区，炳灵寺也随之为其所有，唐之灵岩寺才改称为藏语音译的炳灵寺，方沿用至今。它表明这个地方在宋代还是藏族活动的地方。“炳灵寺”这个名字本身就说明了此石窟寺和藏传佛教乃至与整个藏民族在政治、宗教、文化之间的密切关系。

　　1700年的石窟造像

　　据释道世《法宛珠林》文献记载，炳灵寺石窟的开凿历史可上溯到“晋泰始年”，即公元265年， 距今己有1700多年历史。在炳灵寺众多的洞窟中，历史最为久远的，最重要和最有价值的是坐西面东的169号窟。1962年在窟中的第6龛发现有西秦“建弘元年（公元420年）岁在玄枵三月二十四日造”的墨书题记，此外，还在僧人供养像中发现有“大禅师昙摩毗之像”的题记。在第3龛存有“大代延昌四年（公元515年）”的墨书题记等。169窟的题记是迄今为止我国现存石窟中有明确纪年的最早造像题记。比敦煌莫高窟发现的最早题记还要早整整100多年。169窟题记的发现对研究炳灵寺石窟的建造年代提供了可靠的依据，同时，对全国其它石窟的断代研究也具有重要的参考价值。此后，炳灵寺石窟又历经北魏、北周、隋、唐、五代、宋、元、明等各朝代的不断开凿、营建、修耷、扩建，其间包括吐蕃王朝时期、确斯罗藏族政权时期及其后藏传佛教的长期经营，规模逐渐扩大，形成了仅次于敦煌石窟寺的具有藏汉两种风格的著名石窟寺。除开窟规模略逊于克孜尔、敦煌、龙门、麦积山等石窟以外，从其开窟年代的久远 ，珍贵的历史文化保存价值和高超的艺术水准，均可与上述任何一个石窟媲美。

　　炳灵寺最大的169号窟是一个距地面高60米，洞深19米、宽27米，洞高15米的不规则的天然石洞。洞内四壁及窟顶依石洞的自然起伏装龛凿像或彩绘，此窟现存造像24龛，壁画两堵。这些造像除个别龛内为北魏时期所作外，其余大部份出自西秦工匠之手，由于当地的鲜卑族统治者笃信佛教，致使开窟造像活动十分活跃。这即是炳灵寺石窟开凿的第一个高潮，并一直延续至北朝的北魏时期。