莫高窟在元代以后已很少为人所知，几百年里基本保存了原貌。但自藏经洞被发现后，旋即吸引来许多西方的考古学家和探险者，他们以极低廉的价格从王圆箓处获得了大量珍贵典籍和壁画，运出中国或散落民间，严重破坏了莫高窟和敦煌艺术的完整性。
1907年，英国考古学家马尔克·奥莱尔·斯坦因在进行第二次中亚考古旅行时，沿着罗布泊南的古丝绸之路，来到了敦煌。当听说莫高窟发现了藏经洞后，他找到王圆箓，表示愿意帮助兴修道观，取得了王的信任。于是斯坦因就被允许进入藏经洞拣选文书，他最终只用了200两银两，便换取了24箱写本和5箱其他艺术品带走。1914年，斯坦因再次来到莫高窟，又以500两银两向王圆箓购得了570段敦煌文献。这些藏品大都捐赠给了大英博物馆和印度的一些博物馆。大英博物馆现拥有与敦煌相关的藏品约1.37万件，是世界上收藏敦煌文物最多的地方，但近年来由于该馆对中国文物的保护不力甚至遭致失窃，因而受到不少指责。
1908年，精通汉学的法国考古学家伯希和在得知莫高窟发现古代写本后，立即从迪化赶到敦煌。他在洞中拣选了三星期，最终以600两银两为代价，获取了1万多件堪称菁华的敦煌文书，后来大都入藏法国国立图书馆。
1909年，伯希和在北京向一些学者出示了几本敦煌珍本，这立即引起学界的注意。他们向清朝学部上书，要求甘肃和敦煌地方政府马上清点藏经洞文献，并运送进京。清廷指定由甘肃布政使何彦升负责押运。但在清点前，王圆箓便已将一部分文物藏了起来，押运沿途也散失了不少，到了北京后，何彦升和他的亲友们又自己攫取了一些。于是，1900年发现的五万多件藏经洞文献，最终只剩下了8757件入藏京师图书馆，现均存于中国国家图书馆。
对于流失在中国民间的敦煌文献，有一部分后来被收藏者转卖给了日本藏家，也有部分归南京国立中央图书馆，但更多的已难以查找。王圆箓藏匿起来的写本，除了卖给斯坦因一部分以外，其他的也都在1911年和1912年卖给了日本的探险家吉川小一郎和橘瑞超。1914年，俄罗斯佛学家奥尔登堡对已经搬空的藏经洞进行了挖掘，又获得了一万多件文物碎片，目前藏于俄罗斯科学院东方学研究所。
近代，除了藏经洞文物受到瓜分，敦煌壁画和塑像也蒙受了巨大的损失，目前所有唐宋时期的壁画均已不在敦煌。伯希和与1923年到来的哈佛大学兰登·华尔纳先后利用胶布粘取了大批有价值壁画，有时甚至只揭取壁画中的一小块图像，严重损害了壁画的完整性。王圆箓为打通部分洞窟也毁坏了不少壁画。1922年，莫高窟曾一度关押了数百名俄罗斯沙皇军队士兵，他们在洞窟中烟熏火燎，破坏不小。1940年代，张大千在此描摹壁画时，发现部分壁画有内外两层，他便揭去外层以观赏内层，这种做法后来引发了争议，直到现在依然争论不休。
敦煌自古以来就是丝绸之路上的重镇，一度颇为繁华，周边石窟寺亦颇多。除了莫高窟，还有西千佛洞、榆林窟及东千佛洞等，共同组成了敦煌石窟群，其中西千佛洞和东千佛洞通常被看作是莫高窟和榆林窟的分支。西千佛洞位于莫高窟西南30余公里的党河北岸崖壁上，呈东西向排列，全长2.5公里，现存北魏、北周、隋、唐、五代、西夏、元的洞窟22个、壁画约800平方米、彩塑34身，它的洞窟形制、塑像和壁画的题材内容、艺术风格均与莫高窟十分相似，但由于历史上的保护不周，目前残损坍塌较甚。
虽然早在20世纪初就有罗振玉、王国维、刘半农等人在北京、伦敦、巴黎等各地收集、抄录敦煌文献，但对莫高窟的真正保护开始于1940年代。1941年至1943年著名画家张大千对洞窟进行了断代、编号和壁画描摹。1943年，国民政府将莫高窟收归国有，设立敦煌艺术研究所，由常书鸿任所长，对敦煌诸石窟进行系统性的保护、修复和研究工作。1950年，研究所改名为敦煌文物研究所，依然由常书鸿主持，到1966年以前，已加固了约400个洞窟，抢修了5座唐宋木构窟檐，并将周边10余平方公里划定为保护范围。
1984年，中国政府进一步将敦煌文物研究所升格为敦煌研究院，充实了科技力量，开展治沙工程，积极利用数字化技术和其他技术来加强保护工作。由于呼吸产生的二氧化碳对壁画会产生潜在性的破坏，近年造访莫高窟人数增加，因此对日常参观人数应该加以限制。莫高窟堪称世界最大的艺术宝库之一。
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