Palestrina dejó cientos de composiciones, incluyendo 104 misas, 68 ofertorios, más de 300 motetes, al menos 72 himnos, 35 magnificats, 11 letanías, 4 o 5 series de lamentaciones, etc., al menos 140 madrigales y 9 ricercari de órgano (sin embargo, estudios recientes han clasificado estos ricercai como de dudosa autoría; Palestrina probablemente no escribió música puramente instrumental). Hay dos ediciones completas de las obras de Palestrina: una editada por Haberl y publicada en 33 volúmenes en 1862-1894, la otra editada por R. Casimiri y otros y publicado en 34 volúmenes. Su Missa sine nomine parece haber sido particularmente atractiva para J. S. Bach, quien la estudió e interpretó mientras escribía su propia obra maestra, la Misa en Si Menor (BWV 232). Sus composiciones se caracterizan por ser muy claras, con partes de voz bien equilibradas y bellamente armonizadas. Entre las obras que se cuentan como sus obras maestras está la Missa Papae Marcelli (Misa del Papa Marcelo), que según la leyenda fue compuesta para persuadir al Concilio de Trento de que una prohibición draconiana del tratamiento polifónico del texto en la música sacra era innecesaria. Sin embargo, estudios más recientes muestran que esta misa fue compuesta antes de que los cardenales se reunieran para discutir la prohibición (posiblemente hasta diez años antes). Es probable, sin embargo, que Palestrina fuera bastante consciente de las necesidades de texto inteligible de acuerdo con la doctrina de la Contrarreforma, y escribió sus obras con este fin desde la década de 1560 hasta el final de su vida.El «Estilo Palestrina» – el estilo suave de la polifonía del siglo XVI, derivado y codificado por Johann Joseph Fux a partir de un cuidadoso estudio de sus obras-es el estilo que generalmente se enseña como» polifonía renacentista » en las clases de contrapunto de la universidad, aunque en una forma modificada, ya que J. J. Fux cometió una serie de errores estilísticos que han sido corregidos por autores posteriores (especialmente Knud Jeppesen y Morris). Según lo codificado por J. J. Fux, sigue las reglas de lo que él definió como «contrapunto de especies».»Palestrina estableció y siguió estas estrictas pautas:
– El flujo de la música es dinámico, no rígido o estático.
– La melodía debe contener pocos saltos entre notas.
– Si se produce un salto, debe ser pequeño e inmediatamente contrarrestado por un movimiento paso a paso opuesto.
– Las disonancias son notas de paso o fuera del ritmo. Si está en el ritmo, se resuelve inmediatamente.Ningún compositor del siglo XVI fue más consistente en seguir sus propias reglas, y mantenerse dentro de los límites estilísticos que se impuso a sí mismo, que Palestrina. Además, ningún compositor del siglo XVI ha construido un edificio de mitos y leyendas a su alrededor. Gran parte de la investigación sobre Palestrina fue realizada en el siglo XIX por Giuseppe Baini, quien publicó una monografía en 1828 que hizo famoso a Palestrina de nuevo, y reforzó la leyenda ya existente de que él era el «Salvador de la Música Eclesiástica» durante las reformas del Concilio de Trento. Sin embargo, la actitud decimonónica de culto al héroe es predominante en esta monografía, y esto ha permanecido con el compositor hasta cierto punto hasta la actualidad; la ópera Palestrina de Hans Pfitzner muestra esta actitud en su apogeo. La erudición de los siglos XX y XXI tiende a mantener la opinión de que Palestrina era una compositora fuerte y refinada, que representaba una cumbre de perfección técnica, pero enfatiza que había otros compositores trabajando al mismo tiempo con voces igualmente individuales y estilos ligeramente diferentes, incluso dentro de los confines de la polifonía suave, como Lasso y Victoria.Palestrina era inmensamente famoso en su día, y su reputación, en todo caso, aumentó después de su muerte. La música conservadora de la Escuela Romana continuó siendo escrita en su estilo (conocido como la «prima pratica» en el siglo XVII), por estudiantes suyos como Giovanni Maria Nanino, Ruggiero Giovanelli, Arcangelo Crivelli, Teófilo Gargari, Francesco Soriano y Gregorio Allegri. También se cree que Salvatore Sacco pudo haber sido un estudiante de Palestrina. La música de Palestrina continúa siendo interpretada y grabada, y proporciona modelos para el estudio del contrapunto.