中國隋唐時代的壁畫極為繁榮，尤以寺觀壁畫最為突出。由於隋唐統治者對佛道的提倡，廟宇建築遍於全國，長安、洛陽等地寺觀尤為壯麗，其中壁畫大多出自著名畫傢之手，如隋代展子虔、楊契丹、鄭法士，唐代閻立本、尉遲乙僧、張孝師、吳道子、劉行臣、陳閎、韓幹、王維、周昉、趙公祐、左全、范瓊、張南本等人，都以宗教壁畫著稱。唐代宗曾出於政治需要，於會昌五年(845)下令滅法，除保留少數寺廟，絕大多數寺廟皆被拆除，不少壁畫亦隨之被毀。宣宗恢復佛教，寺觀壁畫創作又趨於活躍。唐代中原原戰亂頻起，不少畫傢紛紛入蜀，寺觀壁畫在比較安定的四川地區得到發展並繼承中原傳統展現出繁榮局面。這些畫跡雖皆早已不存，在唐宋人著述中卻留下瞭豐富的文字資料，其中唐代裴孝源《貞觀公私畫錄》、朱景玄《唐朝名畫錄》、段成式《寺塔記》、張彥遠《歷代名畫記》及宋代黃休復《益州名畫錄》中保存的關於壁畫的文獻資料尤為集中。
隋唐時代社會富庶，寺觀壁畫皆規模宏偉，色彩富麗，其藝術水平大大超過往代，突出的是大型經變畫創作展現出嶄新的藝術面貌。經變畫在隋代已趨發展，至唐極盛。當時凈土宗流行，壁畫中描繪西方極樂世界的凈土變相極多，倡導凈土宗的善導大師一生曾組織繪畫西方凈土變相300餘堵。壁畫中描繪瞭佛國的莊嚴美麗，樓臺殿閣、樹木花鳥、七寶蓮池、歌舞伎樂，呈現一片歡樂氣氛。唐代統治者崇尚道教，封老子為太上玄元皇帝。洛陽北邙山玄元皇帝廟有吳道子所畫《五聖朝元圖》，此圖所畫為“五聖千官，宮殿冠冕，勢傾雲龍，心歸造化”，具有非凡的氣勢。唐中宗時為瞭給高宗及武後祈福修建敬愛寺，“莊嚴華麗，天下共推”，此寺壁畫集中當時名手，其內容有維摩詰變相、法華太子變相、華巖經變相、西方凈土變相、彌勒經變相、十輪經變相（地獄變相）等，從名目上看都是結構復雜的大型壁畫。四川成都地區大聖慈寺規制宏大，安史之亂後，入蜀的中原畫傢，在這裡留下大量畫跡，而且會昌(841～846)時滅法未毀，至五代時發展到九十六院，殿閣廳堂廊塔8900多幢。其中有大量的唐代作品，顯示壁畫藝術極度繁榮的局面。
山西五臺山佛光寺大殿壁畫（局部）
唐代寺院除作為宗教禮拜的場所外，還是娛樂演出的場地。僧尼的俗講及百戲雜技吸引著人們，僧人講說變文時也懸掛變相圖畫，寺廟壁畫內容受宗教本身制約，但又表現作者對生活的態度及適應群眾的欣賞要求，唐代貴族及市民美術趣味在壁畫中都有反映，帶有鮮明的世俗化傾向。西方凈土變相的宏偉歡樂場面，集中瞭人間最美好的景物，是唐代社會富庶的曲折反映。韓幹畫寶應寺釋梵天女，被認為是以貴族魏元忠傢的歌伎為模特兒。壁畫中的菩薩體態豐腴，容貌端麗，衣飾華貴，使高僧道宣感嘆佛畫中的“菩薩如宮娃”，人性的描繪已超過神性的表現。貴族為瞭顯示權勢，把表現自己的供養人尺寸逐漸加大，放到畫面重要位置，有的寺觀設置有皇帝、貴族的影像真堂。閻立本畫的唐太宗像就被人傳摹畫在玄都觀東殿。洛陽弘道觀有吳道子所畫《東封圖》（以唐玄宗到泰山封禪為內容的巨幅壁畫）。招福寺也有睿宗、玄宗的肖像。慈恩寺有尉遲乙僧所畫於闐國王及諸親族供養像。唐末僖宗奔蜀回長安時，畫傢常重胤奉詔將僖宗及隨駕臣僚等100餘人的肖像畫於成都大聖慈寺中和院，是罕見的大型群像。隨著唐代繪畫題材的擴展，山水、花鳥也更多地作為佛像背景及寺觀裝飾，而被描繪在壁畫上。吳道子每於佛寺畫怪石崩灘，若可捫酌；慈恩寺東院有王維、鄭虔、畢宏所畫山水，王維還於清源寺壁上畫輞川圖。僖宗中和(881～885)年間張詢入蜀在成都昭覺寺大慈堂畫吳中早、午、晚三景山水；成都大聖慈寺六祖院羅漢閣上有佚名畫傢所作峨眉、青城、羅浮及霧中山四堵壁畫，花鳥畫傢在大聖慈寺畫四時雀竹都為世所稱。
隋唐時期寺觀壁畫繼承南北朝的傳統並大膽吸收域外繪畫成就，經過畫傢不斷實踐和創造，技巧上有很大發展。佛教、道教繪畫之間也互相融化借鑒，使佛教壁畫展現出成熟的民族風格和樣式。另外，當時寺廟壁畫成為群眾欣賞藝術的畫廊，吳道子壁畫常觀者如堵，周昉畫章敬寺時“都人士庶，觀者以萬數”，他傾聽眾議，隨加改正，畫成以後人們嘆為精絕。正是作者和觀眾較為密切的聯系，才有可能使宗教壁畫中體現觀眾的愛憎及審美要求。
西安大雁塔石刻線畫《天王》（局部）
唐代寺觀壁畫幾乎無遺跡保存下來，隻有山西五臺山佛光寺大殿正中佛座束腰上殘存有高30厘米、長80厘米的一小方壁畫，有身披甲胄的執劍天王、手托花朵及香盂的天女和搏猿的力士等形象，天王之雄偉，力士之孔武，天女之悠雅，皆各具其妙，體現瞭唐代壁畫藝術風貌。西安大雁塔四方門楣上有線刻佛像，塔內門側刻有明王像，其中西方門楣上刻阿彌陀佛，並畫有殿堂建築及脅侍，線紋圓潤緊勁，不同人物的形象氣質也表現得鮮明生動，亦可作為瞭解中原寺觀壁畫風貌的參考。