Memlingowi przypisuje się dziś autorstwo ok. 80 dzieł: pojedynczych tablic i nastaw ołtarzowych (głównie dyptyków i tryptyków). Te ostatnie - niekiedy pokaźnych rozmiarów - zachowały się często podzielone i rozproszone po różnych kolekcjach. Aż pięć dzieł malarza znajduje się w pierwotnym miejscu swego przeznaczenia - brugijskim szpitalu Św. Jana (dziś: Muzeum Memlinga), m.in. tryptyk "Pokłonu Trzech Króli" z 1479 oraz "Relikwiarz św. Urszuli" z 1489. Część z obrazów Memlinga zachowało oryginalne ramy, na których znajdują się daty powstania dzieł, m.in.: tryptyk "Mistycznych zaślubin św. Katarzyny" (Brugia, Muzeum Memlinga) z 1479 i pentaptyk "Ukrzyżowania" (Lubeka, St. Annenmuseum) z 1491. Dzieła te, dzięki analizie porównawczej stylu, pomagają ustalić chronologię innych, nie datowanych obrazów malarza.
Memling, jak się wydaje, wyspecjalizował się w przedstawieniach Madonn z Dzieciątkiem - zarówno w ujęciu półpostaciowym, np. obraz z 1487 (Berlin, Gemäldegalerie), jak i całopostaciowym - często w otoczeniu świętych, np. "Tryptyk Johna Donne'a" (Londyn, National Gallery) z czasu ok. 1480. Szczególne osiągnięcie Memlinga stanowią jednak portrety (przeważnie z pejzażowym tłem), w których udało mu się osiągnąć równowagę między realizmem a idealizacją, np. "Dyptyk Martina van Nieuwenhove" (Brugia, Muzeum Memlinga) z 1487.
Oprócz wymienionych dzieł Memlinga wyróżnia się - tematyką, kompozycją lub poziomem artystycznym - szereg innych jego obrazów. Szczególne miejsce zajmują dwa obrazy symultanicznie ukazujące w miejskim pejzażu sceny z życia Chrystusa i Marii - "Pasja" (Turyn, Galleria Sabauda) z ok. 1470 oraz "Siedem Radości Marii" (Monachium, Alte Pinakothek) z 1480. Postrzegane są one niekiedy jako odzwierciedlenie średniowiecznych przedstawień misteryjnych.