La obra juvenil de Petrassi nació bajo el signo de un neoclasicismo que recuerda a autores como Ígor Stravinsky, Béla Bartók y Paul Hindemith, sin desdeñar a autores más próximos como Gian Francesco Malipiero y Alfredo Casella.

A mediados de los años treinta, inicia la fase del considerado barocco romano con obras como el Salmo lX, Magnificat y Quattro inni sacri donde son claramente encontrables las reflexiones del autor sobre el arte de la Contrarreforma romana, el barroco de los siglos XVI y XVII.

Este camino está bien explicado en la serie de los ocho Concerti per orchestra, un ciclo compuesto durante casi cuarenta años, de 1934 a 1972, en el que se observa el cambio gradual desde las iniciales influencias caselliana y stravinskiana —el musicólogo Massimo Mila encontró incluso paralelismos con la arquitectura squadrata de Marcello Piacentini— hasta un lenguaje experimental mucho más avanzado.

Su curiosidad intelectual lo acerca hacia el teatro musical: compuso la ópera Il Cordovano (con texto de Cervantes traducido por Eugenio Montale) y Morte dell'aria, breve acto único con libretto del amigo pintor Toti Scialoja, y los ballets La follia d'Orlando y Ritratto di Don Chisciotte, nati gracias a la colaboración con el coreógrafo Aurel Millos, que en seguida creó varias coreografías con otras músicas petrassianas, originariamente destinadas a la interpretación concertística (Estri y Ottavo concerto per orchestra).

Petrassi también se dedica a la música de cine, no obstante avesse lui stesso expresar muchas reservas sobre este género de música, y habiendo siempre admitido haberse dedicado a ella por motivos principalmente prácticos.