Palladios Werk enthält neben grundlegenden architekturtheoretischen Darlegungen Beschreibungen und Illustrationen von seinen eigenen Bauwerken, sowie von solchen aus der römischen Antike. In den 1540er Jahren unternahm er vier Romreisen, die er zu ausführlichen Antikenstudien nutzte. In seiner Antikenrezeption liess er sich jedoch nicht so sehr von archäologischer Akribie leiten. Für ihn hatte im antiken Tempel das Schöne in idealer Weise Gestalt angenommen. Palladios Bauwerke - vor allem Villen in Vicenza und im Veneto - zeichnen sich daher durch einen virtuosen, aber auch sehr freien Umgang mit der antiken Formensprache aus, wobei er auch dem Kunststil seiner eigenen Zeit, dem Manierismus, Rechnung trug. Palladios Bauten wurden häufig als Höhepunkte der Renaissance-Architektur verstanden und waren als solche Vorbilder für unzählige Bauten bis in das 19. Jahrhundert.

Besonders die englische Architektur hat sich an ihm orientiert. Ebenso hat sein Formenverständnis den US-amerikanischen Klassizismus bis in die jüngste Zeit stark beeinflusst.