两座东魏窟和三座北齐窟都是方形窟室，三壁三龛的形制，东魏尊像組合皆三尊像，为正壁释迦、左壁弥勒、右壁阿弥陀的三世佛。西魏改为五尊像，倚坐的弥勒佛改为交脚坐的弥勒菩萨。东魏像清瘦，造像手法朴实、简洁，仍是“秀骨清像”的风格。北齐像更減少了动感，重在形体结构的雕造，雕塑语言臻于完美。同時，还可以看到龛形和窟形上对于建筑结构的关注，相当精确地再现当时木构建筑的原貌。
隋代仅有的一窟，保存着有名的“开皇石室铭”，可知建窟于隋代开皇四年（584年）。晋阳又是唐太祖李渊的龙兴之地，因此在唐代也是別都，地位重要，佛教更为发展，因而天龙山唐代开凿最多，达十五座，可以第9窟“漫山阁”为代表。這是一座上下两层的大窟，上层有8米高的弥勒佛倚坐像，下层以6米高的十一面观音像居中，左右分別为乘象的普贤和骑狮的文殊。造像丰腴、优雅，手法细腻。
天龙山造像的艺术水平在同时代其他石窟之上，生动显示了石窟艺术由北朝向隋唐转化的进程。可惜的是二十世纪二十年代，天龙山石窟遭到难以置信的盗凿破坏，大批精品流失国外。
北齐神武帝高欢（496－547），祖籍渤海蓨（今河北景县南），名贺六浑。世居怀朔镇（今内蒙古自治区包头东北；也作绥远固阳），成为鲜卑化的汉人，为东魏大丞相、都督中外诸军事，领渤海王，掌军政大权。他以晋阳为基地，东征西讨。《北齐书》：“并州平。神武以晋阳四塞，乃建大丞相府而定居焉”，“神武自发晋阳，至此凡四十启”，“神武留洛阳部分，事毕还晋阳”，“十月壬辰，神武西讨，自蒲津济，众二十万。崩于晋阳”。其子高洋建立北齐，追尊其为太祖献武帝（后被改尊为高祖神武帝）。
永熙元年(公元532年)，尔朱荣的部下高欢反戈讨伐尔朱氏，立渤海太守元朗为帝，攻占晋阳后，“以晋阳四塞，乃建大丞相府而定居”，掌握了北魏的实权。
永熙三年（534年），高欢又立元善见为孝静帝，建立东魏政权，定都邺城。但高欢并没有忘记这块使他发迹的土地，将晋阳定为东魏的别都，保持很高的政治地位。高欢在晋阳执政16年间，东魏武定三年(545年)时在晋阳城中兴建了“晋阳宫”，同时也选中了距城约10公里的天龙山这块风水宝地，修建避暑离宫，并开始开凿石窟，拉开天龙山佛教史的历史序幕。
北齐文宣帝高洋（529年－559年），字子进，南北朝时期北齐开国皇帝（550年—559年在位），在位10年。他是东魏权臣、北齐神武皇帝高欢次子、北齐文襄皇帝高澄的同母弟，鲜卑化的汉人。在位初年，留心政务，削减州郡，整顿吏治，训练军队，加强兵防，使北齐在很短的时间内强盛起来。没过多久就腐败起来，整日不理朝政，沉湎于酒色之中。在位后期对人民的压迫极重，腐化的生活缩短了高洋的寿命。北齐天保十年（559年），高洋逝世，年仅30岁，葬于武宁陵谥号为文宣皇帝，庙号为显祖。高洋死后，北齐统治阶级内部愈来愈混乱，最终为北周所灭。
高洋取代东魏建立北齐后，仍以晋阳为其行政之所。高氏父子及北齐诸帝都是十分崇敬佛法的皇帝，在他们的统治时期，晋阳的佛教活动达到了登峰造极的地步。北齐文宣帝高洋效法他的父亲在天龙山重修避暑宫，创建仙岩寺，继续开凿石窟。孝昭帝高演也于皇建元年(560年)在天龙山上创建了天龙寺，后改为圣寿寺，天龙山之名由此而始。
高欢父子在天龙山开凿石窟的活动，成为太原西山地区多处大规模开窟造像的先河，如蒙山开化寺大佛、龙山童子寺大佛以及姑姑洞、瓦窑石窟等，都是天龙山石窟开凿后的延续。太原作为我国古代石窟造像集中的区域之一，天龙山所拥有的历史地位是无可置疑的。
隋代初年，突厥虎视中原，为防御外来人侵，晋阳被列为隋朝的军事重镇，隋文帝派他的儿子杨广(即后来的隋炀帝)为晋王，镇守晋阳。杨广也笃好佛教，曾迎请名僧智凯为其授菩萨戒，即位后又大造佛寺，风格独特的天龙山第8窟就是他在任晋王时开凿的。根据洞窟门外左侧《石室铭》记载，此窟开凿于隋开皇四年（584年）是天龙山众多造像中唯一的一座隋代石窟，也是唯一有明确纪年的洞窟。
