第158窟位于南大像北侧上层，据甬道北壁“大番（蕃）管内持钵僧宜”及北壁吐蕃赞普旁的藏文题记“大蕃赞普”（缺失，据伯希和1908年拍摄照片），知该窟开凿于中唐时代，又据该窟的塑像造型及壁画风格，可推定开凿于中唐晚期。
窟内于西壁设通壁佛坛，上置涅盘像一尊。涅盘像全长16米，头南脚北累足而卧。着波状发，曲眉直舒两鬓，两眼半开，两唇紧闭，鼻梁处略有修补。面部表情自然而安详，不像释迦已寿终正寝，好似出游之后的一次小憩。涅盘像南侧塑过去佛迦叶立像，与之相对的北侧塑弥勒佛倚坐像。表现了在释迦之前尚有迦叶佛等过去诸佛，而未来世则有弥勒佛下世济度众生。与南、北、西壁所画僧俗比丘赴涅盘会，天井的十方佛净土，共同表现了一个以释迦为中心的涅盘主题。
十大弟子举哀图画于洞窟南壁，在众比丘上方，画一老者持杖急行，表示迦叶在得知释迦涅盘后奔赴拘尸那城。众比丘举哀，着重刻画了以阿难和迦叶为中心的十大弟子见释喧故去痛不欲生的情景。与之相对的北壁上方，画优婆离升忉利天，报知佛母摩耶夫人释迦已涅盘。下画各国国王举哀图，佛足上方画吐蕃赞普（头部残）举哀，下画以汉族帝王为中心的各国国王赴涅盘会。其中汉族帝王身穿大袖裙襦，旁有二女相侍。此外，那些袒脸露腹割鼻裂耳的各族国王，反映了西域各族自毁容颜以示哀伤的丧葬习俗。他们的服饰容颜，也是我们研究西域各民族相互交往的形象史料。
在佛坛下方的小壁上，中央画十方净土中的下方净土经变，南侧画纯陀的最后供养、密迹金刚哀痛倒地和须跋陀罗先佛入灭，北侧画末罗族以音乐、香花、歌谣供养释迦涅盘。此外，东壁门上画如意轮观音经变，如音轮观音初见于盛唐而盛于中、晚唐。图中的如意轮观音，一面六臂，头戴化佛冠微微右倾，各手中分别宝珠、念珠、莲花、法轮，惟右侧第一手作思惟相，左第一手按光明山。