Su estilo muestra la influencia del Barroco cortesano o [[escuela madrileña]] de pintura, que conoció durante sus estancias en la capital. Palomino cuida siempre la adecuación de sus pinturas a la temática, al encargo y al lugar al que van destinadas, suprimiendo elementos anecdóticos o secundarios en aras de la claridad, pecando a veces sus obras de cierta rigidez y envaramiento; sin embargo supo dotar a sus obras al fresco de movimiento, color y el característico decorativismo y ampulosidad del Barroco.
Entre sus pinturas se pueden citar: ''La confesión de San Pedro'', los frescos en la [[Iglesia de los Santos Juanes (Valencia)|iglesia de San Juanlos delSantos MercadoJuanes]] y los de la [[Basílica de la Virgen de los Desamparados#Los fescosfrescos de Palomino|Basílica de la Virgen de los Desamparados]] en [[Valencia]]; los cinco cuadros del retablo mayor, representando a ''San Fernando'', una ''Aparición'', y el ''Martirio de San Acisclo y Santa Victoria'', en la [[Mezquita de Córdoba|catedral de Córdoba]]; frescos de la cúpula del Sagrario, en la [[Cartuja de Granada]]; el fresco del testero del coro en la [[Convento de San Esteban (Salamanca)|iglesia de San Esteban]] de Salamanca; un cuadro de ''San Antonio de Padua'' en [[Sigüenza]], y una ''Inmaculada Concepción'' conservada en la [[catedral de Palencia]]; un ''San Antonio'' en el monasterio de las Clarisas de [[Orihuela]]; ''San Dionisio'' y la ''Virgen de los Dolores'', en Sevilla; el techo de la antesacristía de [[Colegiata de San Isidro (Madrid)|san Isidro el Real]], y los frescos de la [[Casa de la Villa de Madrid|Casa de la Villa]], actual Ayuntamiento, en Madrid; y un ''Santo Tomás de Aquino'' del Museo de Arte Sacro de Málaga. En el [[Museo del Prado]] se conservan una ''Alegoría del aire'' y una ''Alegoría del fuego'' de su mano.
