Obrazy Memlinga nacechowane są liryzmem, spokojem, czystym i harmonijnym kolorytem oraz miękkim modelunkiem, manierą wysmuklania ciał i wielością szczegółów. Przy zachowaniu zdobyczy warsztatowych Jana van Eycka, jego malarstwo skłania się ku manieryczności i wytworności, kojarzącej się z „międzynarodowym gotykiem”. Dramatyzmem wyróżnia się ołtarz Sąd Ostateczny (1467-1471), wczesne dzieło artysty (obecnie w Muzeum Narodowym w Gdańsku). Jednym z ostatnich jego dzieł jest Relikwiarz św. Urszuli (1489) – drewniana skrzynka ozdobiona scenami z życia świętej i innymi miniaturami. Memling korzystał z doświadczeń mistrzów: van der Weydena, D. Boutsa, H. van der Goesa.
Malarz lubił sięgać do typu ikonograficznego zwanego Sacra Conversazione (święta rozmowa), który zrealizował m.in. w tryptyku Mistyczne zaślubiny św. Katarzyny. Stworzył także szereg innych ołtarzy: Trzech Króli (1479), Opłakiwania (1480), Św. Krzysztofa (1484), Męki Pańskiej (1491).