1、最有名最重要的是《史记》。
任太史令后，司马迁想完成其父编写一部史书的遗愿。汉武帝太初元年（公元前104年），司马迁开始着手编写《史记》。
这时，正是汉武帝大举反击匈奴的后期。一次，汉军将领李陵率作为牵制的五千步军出征，结果被匈奴主力包围。在矢尽粮绝，兵士伤亡大部份的情况下被迫投降。消息传到长安，汉武帝大怒。司马迁认为：李陵转战千里，杀敌众多，矢尽粮绝而被迫投降，还是效忠汉朝的。就就替李陵辩解，结果得罪盛怒中的汉武帝。于是司马迁获罪下狱，被处宫刑。这种奇耻大辱的遭遇，使司马迁受到极大刺激，曾一度想自杀。但他想起了父亲的遗愿，想到还未完成的史书，就以古人孔子、屈原、左丘明、孙子、韩非等在逆境中发愤有为的事例鼓励自己，决定忍辱负重地活了下来。
经过三年囚禁，司马迁终于被赦出狱，被汉武帝任命为中书令。当时的中书令大都由宦官充任，因此他感到这是一种耻辱。但为了完成〈史记〉的写作，身心备受摧残的司马迁忍辱含垢，决心以残烛之年发愤著书，完成父亲要他完成的史书。
经过五年的埋首著述，在汉武帝征和二年（公元前94年）时，司马迁终于完成了巨著——《史记》——我国历史上第一部纪传体通史。书成后不久，司马迁去世。司马迁死后许多年，他的外孙才把这部不朽名著公诸于世。
2、除《史记》外，司马迁还作赋八篇，均已散夫，唯《艺文类聚》卷三十引有《悲士不遇赋》片段。司马迁还撰有《报任安书》，这是一篇著名的论说散文，记述了他因李陵事件获罪下狱受刑的经过，抒发了忠而见疑、无辜受刑的悲愤。
