在石峁遗址石墙底部的地面上，曾经发现了大量的史前壁画残块，有一部分还依附在墙体上。这些壁画残块绘制精美、色泽鲜艳，打开了了解石峁先民的一扇窗。
石峁壁画以草拌泥层和白灰面作为地仗层，绘制时先以阴刻起稿线进行整体规划，再用红、黄、黑、绿四中颜色绘制出几何形图案。在制作工艺及绘制技法上，与汉代及其以后壁画的主要制作工艺较为相似。这一发现也表明中国壁画的基本制作工艺及工序最晚在夏代早期就已经基本确立。在石峁遗址壁画中发现的阴刻起稿线，以及铁黄、绿土两种颜料的应用，是目前已知最早的实例。
石峁壁画是迄今为止在中国境内出土最多早期壁画的古代遗址，是研究中国绘画发展史，早期壁画艺术特征和制作工艺的重要实物资料。