汉代石刻的雄劲、简练，唐代石刻的精美、圆润，都表现了中华民族进取、向上的气派和精神，在我国雕刻史上占有突出的地位。西安碑林石刻艺术室建于1963年，匾额七字是由陈毅元帅亲笔所题。室内陈列着汉唐艺术精品七十余件，分陵墓石刻和宗教石刻两部分。陵墓石刻中的精品有东汉双兽，其造型综合了狮、虎的特点，形象威武、活跃，动作矫健敏捷，以其造型完美、手法熟练、雕刻精致而成为同类作品中的佼佼者。陕北出土的东汉画像石，内容除少数神话传说和历史故事外，大多反映了当时社会生活的侧面，富有浓郁的生活气息。唐高祖李渊的唐弟，李寿的墓志为罕见的兽首龟形，国内仅有两件，弥足珍贵。其石椁为一歇山顶式石屋，外部以减底平雕手法刻有四神、文臣武将、仙人骑凤等画面，椁内壁阴线刻乐人、舞伎、男女侍从、天象图等，都是唐代墓室石刻中杰出的作品。唐昭陵六骏浮雕以唐太宗李世民征战疆场所乘过的六匹有功战马为蓝本雕刻而成，作品比例合度，线条明快，高度写实，是唐代石刻艺术中的杰作。可惜其中飒露紫、拳毛蜗两骏早年流失海外，现存美国宾夕法尼亚大学博物馆。唐高祖李渊献陵的石犀重达十吨，全身用几条粗壮的线条勾勒出犀的特点，整体比例准确，形象生动逼真。汉唐史书都记载有外国曾向中国赠送活犀的史实，它是古代中外友好往来的纪念物。此外，李小孩石棺、蹲狮、石虎、石羊、卧牛、走狮等也从不同侧面反映出隋唐陵墓石刻写实传神的特点。石刻室陈列的北朝、隋唐佛教造像，形式多样，既有传世的精品，也有建国后历年发掘品。有浮雕，也有圆雕，主要反映了古长安佛教造像艺术发展的水平。北魏皇兴造像的弥勒，着通肩式袈裟，丰满圆润，肌肉匀称，衣褶以条棱表现，具有较多的域外艺术风格，其艺术水准在当时也是领时代之先的。隋唐时代的造像艺术则把从北周开始的写实风格又向前推进了一步，在追求立体造型的同时，把传统的线和装饰性的艺术手法也提高到了一个新的层次，使中国成熟的民族化佛造像艺术达到鼎盛。陈列的观音菩萨像，金刚造像都是这一时期优秀的作品。而老君像则是陈列的唯一一件有关道教题材的造像。这件汉白玉老君像，通高1.93米，原属临潼骊山唐代华清宫朝元阁老君殿之物。老君身着道服，腰束帛带，结跏跌坐于三层番莲纹的须弥座上，人像与台座浑然一体，有安谧华贵之感。雕刻手法极为精工洗炼，堪称盛唐时期大型人体石刻的艺术珍品，同时对探讨道教在关中地区的传播，也是不可多得的珍贵资料。