Các sáng tác của Phạm Duy có thể chia ra làm nhiều loại:

• Nhạc thiếu nhi: Sáng tác cho trẻ em như Em bé quê (sáng tác trước năm 1975),Ông trăng xuống chơi; Thằng Bờm có cái quạt mo,Chú bé bắt được con công (phổ nhạc từ đồng dao); Một đàn chim nhỏ; Bé bắt dế; Đưa bé đến trường;Bé,cây đàn,ngôi nhà xinh,đồi cỏ.
• Nhạc kháng chiến: Sáng tác trong thời kỳ kháng chiến chống Pháp, ngoài những tác phẩm ca ngợi kháng chiến như Xuất quân, Nhạc tuổi xanh, Gươm tráng sĩ, Bên ni bên tê..., còn lại là những bài nói lên tâm trạng cũng như chia sẻ những đau thương mất mát của người dân đằng sau cuộc chiến: Bà mẹ Gio Linh, Mười hai lời ru, Chiến sĩ vô danh....
• Nhạc quê hương, tự tình dân tộc: Một phần quan trọng trong sự nghiệp của ông, gồm những bài ca ngợi, tự tình với quê hương đất nước và dân tộc. Nhiều bài hát mang những hình ảnh rất quen thuộc với miền đồng quê Việt Nam: con trâu, đồng lúa, cái cày, cô gánh lúa... Nhiều bài rất quen thuộc với người Việt: Tình ca, Về miền Trung, Tình hoài hương, Bà mẹ quê, Vợ chồng quê...
• Nhạc tình đôi lứa: Tình yêu là một đề tài lớn trong cuộc đời cũng như trong sự nghiệp sáng tác của Phạm Duy. Nhạc tình đôi lứa có khối lượng nhiều nhất trong kho nhạc đồ sộ của ông, có thể kể những bài được giới trẻ trong nam ngoài bắc hát như Hẹn hò, Cỏ hồng, Ngày đó chúng mình, Cây đàn bỏ quên, Phượng yêu, Kiếp nào có yêu nhau, Đừng xa nhau, Mưa rơi, Đường em đi, Tôi còn yêu tôi cứ yêu, Trả lại em yêu, Giết người trong mộng...
• Nhạc tâm tư: Ngoài viết về tình yêu trai gái, tình yêu quê hương, thì những sự suy tưởng cao siêu hay nhớ nhung buồn nản vẩn vơ cũng được Phạm Duy ghi lại thành nhạc, có thể kể đến Đường chiều lá rụng, Bên cầu biên giới, Chiều về trên sông, Dạ lai hương, Viễn du... Hay những bài nói lên tâm trạng phẫn uất trước nội chiến, cảm khái trước thế thời như: Huyền sử ca một người mang tên Quốc.
• Trường ca: Những tác phẩm lớn khiến ông có một địa vị chắc chắn trong nền tân nhạc Việt Nam: Con đường cái quan, Mẹ Việt Nam, Hàn Mạc Tử, sau này là Minh họa Kiều, bản trường ca dài nhất và hoàn thành lâu nhất của ông.
• Rong ca: Gồm 10 bài sáng tác năm 1988: Người tình già trên đầu non, Hẹn em năm 2000, Mẹ năm 2000, Mộ phần thế kỷ, Ngụ ngôn mùa Xuân, Nắng chiều rực rỡ, Bài hát nghìn thu, Trăng già, Ngựa hồng, Rong khúc.
• Đạo ca: Gồm 10 bài, phổ thơ của Phạm Thiên Thư vào thập niên 1970: Pháp thân, Đại nguyện, Chàng dũng sĩ và con ngựa vàng, Quán thế âm, Một cành mai, Lời ru bú mớm nâng niu, Qua suối mây hồng, Giọt chuông cam lộ, Chắp tay hoa, Tâm xuân.
• Thiền ca: Gồm 10 bài, sáng tác vào thập niên 1980: Thinh không, Võng, Thế thôi, Không tên, Xuân, Chiều, Người tình, Răn, Thiên đàng địa ngục, Nhân quả.
• Tâm ca: Gồm 10 bài, thở than về những xáo trộn trong cuộc sống người dân miền Nam thời Đệ Nhất Cộng hòa Việt Nam sụp đổ: Tôi ước mơ (thơ Thích Nhất Hạnh), Để lại cho em (thơ Nguyễn Đắc Xuân), Tiếng hát to, Ngồi gần nhau, Giọt mưa trên lá, Một cành củi khô, Kẻ thù ta (ý thơ Nhất Hạnh), Ru người hấp hối, Tôi bảo tôi mãi mà tôi không nghe, Hát với tôi. Ngoài ra còn nhiều bài khác cũng theo hướng Tâm ca như Những gì sẽ đem theo về cõi chết, Tôi còn yêu tôi cứ yêu.
• Nhạc phản chiến (Tâm phẫn ca): Sáng tác sau Tết Mậu Thân: Tôi không phải gỗ đá, Nhân danh (thơ Tâm Hằng), Bi hài kịch (thơ Thái Luân), Đi vào quê hương (thơ Hoa Đất Nắng), Người lính trẻ, Bà mẹ phù sa... Ngoài ra còn một số bài sáng tác cho phong trào du ca.
• Tục ca, vỉa hè ca: Gồm những bài ca mang tính chất xã hội, có hình thức bình dân (Vỉa hè ca) hay dung tục (Tục ca), nội dung nói lên các vấn đề chính trị, xã hội và đời sống lúc bấy giờ.
• Bên cạnh những thể loại kể trên, còn có Tổ khúc Bầy chim bỏ xứ, Tị nạn ca nói về tâm trạng và sự khó nhọc của người ly hương; Hoàng Cầm ca phổ những bài thơ của thi sĩ Hoàng Cầm; Hương ca sáng tác khi ông về ở Việt Nam, và tập cuối cùng là Dị khúc, bao gồm 10 ca khúc phổ thơ của thi sĩ Bích Khê.

Trường ca

Trường ca là một thể loại quan trọng trong sự nghiệp Phạm Duy, và cũng để nhấn mạnh vai trò của ông trong nền âm nhạc Việt Nam vốn không có nhiều trường ca thành công. Bản trường ca đầu tiên của ông là Con đường cái quan, viết từ năm 1954 tới 1960, cùng với Mẹ Việt Nam liền sau đó, là hai tác phẩm được quan tâm lớn và coi là thành công nhất cho tới nay. Trường ca dài nhất và cũng được ông thực hiện lâu nhất là Minh họa Kiều, chỉ mới hoàn thành và xuất bản gần đây và chưa có nhiều nhà nghiên cứu nói về nó.

Con đường cái quan

Những dòng nhạc đầu tiên của trường ca này được ông sáng tác năm 1954 tại Paris, ngay khi Hiệp định Genève vừa ký kết để phản đối sự chia cắt đất nước. Phần còn lại được soạn sau đó 6 năm, hoàn tất năm 1960. Cho đến nay đây vẫn là trường ca được nhiều người biết đến nhất của Phạm Duy.

Nội dung trường ca nói về một cuộc du hành từ miền Bắc Việt Nam, qua miền Trung Việt Nam, đến miền Nam Việt Nam của một người du khách, trên con đường cái quan, hay là "con đường đất nước nối liền lòng dân". Chuyến đi ấy bắt đầu từ Ải Nam Quan cho đến mũi Cà Mau, từ ngày lập quốc cho đến ngày hoàn thành, đi trong lịch sử nhưng cũng là trong lòng người dân để nối liền đất nước, nối liền lòng dân, mà đi tới đâu người lữ khách cũng được dân chúng miền đó đón chào.

Theo nhiều người, trường ca "Con đường cái quan" đã chứng tỏ có thể đem yếu tố nhạc Việt Nam truyền thống kết hợp với nhạc giao hưởng phong cách Tây phương mà không làm mất tính cách Việt. Trường ca được phát sóng rất nhiều lần trên Đài Phát thanh Sài Gòn với giọng Thái Thanh, Kim Tước, Thái Hằng – Duy Khánh, Nhật Trường, Trần Ngọc và ban nhạc Hoa Xuân để trở những giai điệu quen thuộc nhất của Việt Nam. Nhiều sinh viên ở nhiều nơi đã dựng tác phẩm này thành một hoạt cảnh. Sau này, khi nhạc Phạm Duy đã bị cấm tại Việt Nam, đài truyền hình Bình Dương vẫn thường mở một vài đoạn hoà tấu ngắn trong trường ca lúc chuyển tiếp chương trình.

Mẹ Việt Nam

Tác phẩm này rực rỡ không kém trường ca Con đường cái quan. Mẹ Việt Nam soạn năm 1964 và hoàn thành trong năm đó, ca tụng hình ảnh người mẹ tổ quốc hay những bà mẹ điển hình trong lịch sử.

Trường ca gồm 4 phần: Đất mẹ, Núi mẹ, Sông mẹ và Biển mẹ, tượng trưng cho các giai đoạn của bà mẹ: từ tươi trẻ màu mỡ đến kiên cường sắt đá rồi thì rộng lượng bao dung. Khi sáng tạo hình ảnh người mẹ trong trường ca này, tác giả có ý đi tìm "mẫu số chung" của dân tộc. Tác phẩm này có phong cách dân ca với giọng khoan hò và điệu ru con mà giai điệu và lời, theo Georges Étienne Gauthier trong cuốn Một người Gia Nã Đại với nhạc Phạm Duy, đã đạt tới trình độ "toàn thiện".

Về sự phổ biến, trường ca "Mẹ Việt Nam" có lẽ không được rộng rãi như "Con đường cái quan", nhưng vẫn rất được nhiều người yêu thích qua những giọng của Thái Thanh, Kim Tước, Thái Hằng – Duy Khánh, Nhật Trường, Trần Ngọc và ban nhạc Hoa Xuân.

Hàn Mạc Tử

Trường ca này được sáng tác bên Mỹ vào năm 1994, dựa vào 9 bài thơ của Hàn Mạc Tử. Trường ca gồm ba phần: Tình quê, Trăng sao và Ave Maria, mà tác giả đã cố ý diễn tả tâm trạng của Hàn Mạc Tử qua giai điệu của mình. Do sáng tác bên Mỹ và chỉ hát bên Mỹ, cộng với giai điệu mang nhiều phong cách Tây phương nên trường ca này không phổ biến tại Việt Nam bằng hai trường ca trên, tuy vậy vẫn được xem là thành công với giọng hát Tuấn Ngọc, Thái Hiền, Duy Quang, Thái Thảo.

Bầy chim bỏ xứ

Theo Phạm Duy, "Con đường cái quan" mang tính chất tả thực, "Mẹ Việt Nam" mang tính chất tượng trưng, "Hàn Mạc Tử" mang tính chất siêu hình, thì "Bầy chim bỏ xứ" mang tính chất ẩn dụ.

Trường ca này có thể cho là một thành công của Phạm Duy, dù chỉ ở hải ngoại. Khởi soạn năm 1975, hoàn tất năm 1985, thu thanh năm 1990, với các giọng ca Kim Tước, Vũ Anh, tác phẩm này gồm 16 đoản khúc (có thể là 16 bài hát riêng) nói về một bầy chim, mà mỗi con chim ẩn dụ cho một hạng người, một số phận khác nhau... mà chính nhất là chim quyên, lấy cảm hứng từ tích Thục Đế. Chim quyên rời bỏ thôn Đoài, trải qua bao nhiêu việc, bao nhiêu lần hoá thân, rồi chết nơi xứ người, nhưng từ đống tro tàn ấy, chim quyên lại tái sinh để về lại thôn Đoài.

Minh họa Kiều

Như tên của nó, tác phẩm này có ý minh họa lại truyện Kiều của Nguyễn Du, để thể hiện lòng kính trọng của tác giả với nhà đại thi hào. Đây là tác phẩm rất dài vì gom gần hết những lời thơ trong Truyện Kiều. "Minh họa Kiều" chia ra làm bốn phần, bốn giai đoạn của Thuý Kiều: phần một Kiều gặp Đạm Tiên, biết được số phận long đong của mình; phần hai Kiều gặp Kim Trọng, tình yêu nảy nở nhưng biết là không trọn vẹn; phần ba là giai đoạn khổ nhục của Thuý Kiều; phần bốn Kiều gặp Từ Hải, phần này tác giả chưa soạn xong.

Theo Phạm Duy, đây là tác phẩm ông bỏ công nhiều nhất (sáng tác những năm cuối thế kỷ XX và đầu thế kỷ XXI). Tác phẩm được thể hiện đầu tiên với giọng Duy Quang, Tuấn Ngọc, Thái Hiền, Ái Vân, Thanh Ngoan, Thái Thảo, Anh Dũng,...

Tháng 3 năm 2009, ông cho biết đã hoàn thành Minh họa Kiều, ông có nhiều buổi diễn thuyết tại Hà Nội về đề tài này.