בשירתו של טשרניחובסקי יש מיזוג של השפעת המורשת היהודית ומורשת תרבות העולם. הוא כתב על נושאים עבריים כמו "בעין דור", שיר על שאול המלך שבא לבעלת האוב מעין דור, המתאר בצורה דרמטית את מצבו של שאול באחרית ימיו. טשרניחובסקי היה מזוהה במיוחד עם דמותו של שאול, אולי בזכות שמו, והוא גם מתאר בשיר את נפילתם הטראגית של שאול ובניו בהר הגלבוע. מצד שני, בשיר "לנוכח פסל אפולו" ניכרת חיבתו של המשורר לתרבות יוון וליופי שהיא מייצגת.

טשרניחובסקי מזוהה יותר מכל משורר עברי אחר עם הסוֹנֶטָּה. אחת מן הסוגות בהן כתב היא "כליל סונטות", סונטה שבנויה מ-14 סונטות, כמספר השורות בסונטה רגילה, ועוד סונטה שהשורות הראשונות ב-14 הקודמות יוצרות סונטה העומדת בפני עצמה. "כלילי הסונטות" הם על נושא מסוים (כמו "על הדם", "לשמש").

עם כל נהייתו לתרבות העולם, הזדהה גם טשרניחובסקי עם גורל עמו. בשנת 1938, בתקופת המרד הערבי הגדול, כתב את השיר "ראי אדמה", המבכה את קורבנות המרד הרבים במשפט המפורסם "ראי, אדמה, כי היינו בזבזנים עד מאוד!". לאחר שהגיעו הידיעות הראשונות על השואה המתחוללת באירופה, כתב את השירים "הרוגי טירמוניא", ואת "בלדות וורמיזא" שהביאו לידי ביטוי את רחשי לבו על הגורל הטראגי של העם היהודי. בחלק משיריו הביע אהדה לציונות ולתחיית העם היהודי בארצו, כפי שכתב בשיר "אני מאמין" (הידוע כ"שחקי שחקי"): "ישוב יפרח אז גם עמי, ובארץ יקום דור. ברזל כבליו יוסר מנו. עין בעין יראה אור".

טשרניחובסקי כתב מספר אידיליות שבמרכזן תמונות מנוף ילדותו, כמו "ברית מילה", "כחום היום" ו"לביבות", והן נחשבות לחלק מפסגת יצירתו השירית. האידיליות שלו משמשות דוגמה ומופת לכל האידיליות שנכתבו בשפה העברית.

רבים משיריו הולחנו על ידי מלחינים עבריים, כמו טוביה שלונסקי שהלחין את "אני מאמין", נחום נרדי שהלחין את "גינה לי" ו"בת הרב ואמה", גיל אלדמע שהלחין את "מכל פרחי מור", שלמה ארצי שהלחין את "אומרים ישנה ארץ", "את אינך יודעת" ו"אילאיל" מתוך מחרוזת השירים ל"אילאיל", נעמי שמר שהלחינה את "אומרים ישנה ארץ", "הוי ארצי מולדתי", "יום זה יום יולד בו שיר", "בעלייתי שם יפתי", ו"בזכותם קיים",מיקי גבריאלוב שהלחין את "הוי ארצי מולדתי", צביקה פיק שהלחין את "שושנת פלאים", שלמה גרוניך שהלחין את "העולם בזכותו של מי קיים", שמוליק קראוס שהלחין את "בת הרב ואמה", ברי סחרוף שהלחין את "אינני אוהב אותה" ואחרים.

טשרניחובסקי נודע גם כמתרגם מעולה. להוקרה מיוחדת זכו תרגומיו ל"איליאדה" ול"אודיסיאה" של הומרוס. כן תרגם לעברית את "קאלוואלה", האפוס הלאומי הפיני.