响堂山石窟大佛洞，建于东魏、北齐，位于北区平台正面，坐东面西，中心方柱式塔庙窟。窟分前后室，前室坍塌，后室平面呈方形，平顶。中心方柱三面开龛，后壁上部与山体相连，下部形成低矮甬道，供礼佛时通行。主尊造像为三世佛题材，基坛上雕神王形象。窟室四壁满刻16座塔型列龛。前壁为上下两层的帝后礼佛图。中心方柱顶部有文献记载的高欢陵穴。窟深12.3米、宽12.6米、高11.3米。大佛端坐于帷幕帐形龛内，周身着覆搭双肩式袈裟，衣纹稠密，衣纹均向腹部平缓垂，体态圆阔、面颊丰满、面带微笑异于北魏时期的痩骨清相的造型；大佛损毁严重，左右手残毁，须弥宝座和双腿为清代重新修补而成的。主佛的背部为举舟式的火焰纹背光，背光分为四层，每层都用连珠纹饰隔开。每层的内外侧为一圈缠枝纹饰，在缠枝纹的外侧为一圈连枝纹饰完后是为云龙纹，云龙纹是背光的主题纹饰并刻有多条龙形雕塑。这种雕塑与绘画的结合，展示出了极其强烈的视觉效果。大佛洞的形制采用的是中心方柱式塔庙窟的造型，中心方柱三面开龛，龛内刻有三尊造像，均为一佛二菩萨组合。中心方柱的上部与山体相连，下部是人工开凿的甬道，为礼佛时的通道。中心方柱的顶部为高欢陵穴。石壁的四面开凿有大型的塔形列龛，装饰色彩极其的华丽，衬托出浓郁的宗教氛围。窟内四壁又凿有十六个小佛龛，龛内佛像为后世补刻，佛龛上有火焰宝珠纹十分精美。每龛两侧刻有畏兽。畏兽一词最早出现在东晋郭璞《山海经注》中，现在普遍认为北响堂山石窟中的神兽是畏兽。其基本形象是兽面獠牙，三个手指两个脚趾，上身袒露，下身穿短裤，肩上有羽翼或者火焰形状，因此又叫焰肩兽。