后世题名为孙思邈的著作近七十种，据考证其中近三十种左右肯定为孙氏所著，但迄今所存者主要为《备急千金要方》和《千金翼方》。另有自注《老子》、《庄子》、《福禄论》三卷，《摄生真录》、《枕中素书》、《会三教论》各一卷，《千金月令》三卷等二十余种均已佚失。还有旧题或托名孙思邈的著作有四十余种，尚不能肯定为孙氏所著，但这些书也多已亡佚。

孙思邈的现存代表作为《备急千金要方》和《千金翼方》，两部巨著被誉为中国唐初和唐以前的中医临证百科全书。

《备急千金要方》共三十卷，分为232门，合方论5300首，卷一为总论，主要论述医生应具备的道德品质、知识结构和文化素质；并阐述了诊断、治疗、处方、用药以及制药服药和药物贮藏的基本原则和具体要求。卷二至卷四为妇人方，包括求子、妊娠、分娩、难产到产后各病及妇科各病等，其中有药方540余首。卷五（上、下）为少小婴孺，从新生儿养护到儿科常见病的防治，列方320余首。卷六为七窍、包括眼、鼻、口、舌、唇、齿、喉、耳等疾患，还有面部疾患用药和美容方。卷七到卷二十一为内科疾患，先述风毒脚气，次为诸风（主要论述脑系病及中风），伤寒；其后按脏腑分类分别论述诸脏腑生理病理和有关疾患；再后为消渴、淋闭、尿血、水肿。这些卷提供各类处方2000余首。卷二十二、十二三为外科和皮肤科病，卷二十四为解毒及杂治，包括瘿瘤及若干肛门和阴部疾患。卷二十五备急（急救医学）。卷二十六食治，卷二十七养性，卷二十八平脉，卷二十九、三十针灸，内容都很丰富。

《千金翼方》共三十卷，合方论2900余首，其显著特点是：(１)卷一至卷四全部以及卷十二、十三、十四的相当部分，深入阐述药学问题；(２)创造性地以“方证同条，比类相附”的方法，研究和运用仲景学说；(３)以大量篇幅论述养生学说和老年医学；(４)更深入地论述了针灸的具体应用，对灸法有更多的探讨；(５)二十九、三十两卷为“禁经”，唐时太医署设有禁咒科，这部分内容是孙氏搜集的禁咒之术，孙氏说“将恐零落，编为两卷”，并说“斯之一法，体是神秘，详其辞采，不近人情”，但有的运用起来，还有意想不到的效果。神鬼迷信之术掺入本书，自然是美玉之瑕，但其中涉及心理疗法，并搜集不少“禁咒”文献，可供有兴趣者研究参考。外国学者已有这方面的论文。

孙思邈的这两部巨著，问世至今千数百年，一直受到历代医家的推崇，在国际上影响也越来越大。据日本医史学家宫下三郎上世纪80年代初统计，仅日中两国现存版本即有十六种。国内外翻刻出版者，据统计由宋本至今，《备急千金要方》三十余次，《千金翼方》约二十次，两部《千金方》合刻本六次；另外还有许多评注本、节要本以及某卷的单行本十余种累次出版。近千年前，宋朝林亿称颂本书“集诸家之所秘要，去众说之所未至”；明代王肯堂和清代张璐都认为继张仲景之后，唯有孙思邈的《千金方》可与仲景诸书颉顽上下。特别是近几十年来，对孙氏及其著作的研究日益广泛深入。国外研究《千金方》以日本最为活跃且富有成果。医学家多纪元坚等说：“晋唐以降，医籍浩繁，其存而传于今者，亦复何限，求其可以扶翊长沙，绳尺百世者，盖莫孙思邈《千金方》者焉。”多年前日本还成立了《千金要方》研究所，研究所顾问景嘉赞称此书是“人类的至宝”。朝鲜许多名著如《医方类聚》、《东医宝鉴》都引用了《千金方》的内容，科技史学家李约瑟对孙氏针灸学成就给以高度评价。英、美、德、法诸国都有学者从事孙氏著作的研究。美国席文（natheusivin）教授和德国文树德教授等都有研究专著出版。