Palestrina efterlod hundreder af kompositioner, inklusive 104 masser, 68 tilbud, mere end 300 moteter, mindst 72 salmer, 35 magnificats, 11 litanier, 4 eller 5 sæt Klagesange osv., mindst 140 madrigaler og 9 orgel ricercari (dog har det seneste stipendium klassificeret disse ricercai som tvivlsomt forfatterskab; Palestrina skrev sandsynligvis ingen rent instrumental musik). Der er to omfattende udgaver af Palestrinas værker: den ene redigeret af Haberl og udgivet i 33 bind i 1862-1894, den anden redigeret af R. Casimiri og andre og udgivet i 34 bind. Hans Missa sine nomine ser ud til at have været særlig attraktiv for J. S. Bach, der studerede og udførte det, mens han skrev sit eget mesterværk, messen i b-mol (BVV 232). Hans kompositioner er karakteriseret som meget klare, med stemmedele velafbalancerede og smukt harmoniserede. Blandt de værker, der regnes som hans mesterværker, er Missa Papae Marcelli (Pave Marcellus Mass), som ifølge legenden blev komponeret for at overtale Rådet for Trent, at et drakonisk forbud mod polyfonisk behandling af tekst i hellig musik var unødvendig. Nyere stipendium viser imidlertid, at denne masse blev sammensat, før kardinalerne indkaldte for at diskutere forbuddet (muligvis så meget som ti år før). Det er dog sandsynligt, at Palestrina var ganske bevidst om behovet for forståelig tekst i overensstemmelse med doktrinen om modreformationen og skrev sine værker mod dette mål fra 1560 ‘ erne til slutningen af sit liv.”Palestrina-stilen” – den glatte stil fra det 16.århundrede polyfoni, afledt og kodificeret af Johann Joseph Fuks fra en omhyggelig undersøgelse af hans værker-er den stil, der normalt undervises som “renæssance polyfoni” i kollegiets kontrapunktklasser, skønt I en modificeret form, da J. J. Fuks lavede en række stilistiske fejl, som er blevet rettet af senere forfattere (især Knud Jeppesen og Morris). Det følger reglerne for, hvad han definerede som “arter kontrapunkt.”Palestrina etablerede og fulgte disse strenge retningslinjer:
– strømmen af musik er dynamisk, ikke stiv eller statisk.
– melodi skal indeholde få spring mellem noter.
– Hvis der opstår et spring, skal det være lille og straks modvirkes af modsat trinvis bevægelse.
– dissonanser er enten passerer note eller off the beat. Hvis det er i takt, løses det straks.ingen komponist fra det 16.århundrede var mere konsekvent i at følge sine egne regler og holde sig inden for de stilistiske Grænser, han pålagde sig selv, end Palestrina var. Heller ingen komponist fra det 16.århundrede har haft en sådan bygning af myte og legende bygget omkring ham. Meget af forskningen om Palestrina blev udført i det 19.århundrede af Giuseppe Baini, der offentliggjorde en monografi i 1828, der gjorde Palestrina berømt igen, og forstærkede den allerede eksisterende legende om, at han var “Frelser for kirkemusik” under reformerne af Rådet for Trent. Det nittende århundredes holdning til heltedyrkelse er dog fremherskende i denne monografi, og dette har været hos komponisten til en vis grad indtil i dag; hans pfitsners opera Palestrina viser denne holdning på sit højeste. Stipendium fra det 20.og 21. århundrede har en tendens til at bevare den opfattelse, at Palestrina var en stærk og raffineret komponist, der repræsenterer et topmøde med teknisk perfektion, men understreger, at der var andre komponister, der arbejdede på samme tid med lige så individuelle stemmer og lidt forskellige stilarter, selv inden for rammerne af glat polyfoni, såsom Lassus og Victoria.Palestrina var uhyre berømt i sin tid, og hans ry, hvis noget, steg efter hans død. Konservativ musik fra den romerske skole blev fortsat skrevet i hans stil (kendt som “prima pratica” i det 17.århundrede) af sådanne studerende som Giovanni Maria Nanino, Ruggiero Giovanelli, Arcangelo Crivelli, Teofilo Gargari, Francesco Soriano og Gregorio Allegri. Det menes også, at Salvatore Sacco kan have været studerende på Palestrina. Palestrinas musik fortsætter med at blive udført og indspillet og giver modeller til studiet af kontrapunkt.