他善畫人物，尤工畫馬，蘇軾稱贊他：“龍眠胸中有千駟，不惟畫肉兼畫骨”。《五馬圖》為其代表作。畫中五匹大馬，由五個人牽引，神采煥發，顧盼驚人。用筆簡練，馬的壹舉壹動，極其細致生動地表現出駿馬運動和性情的特征。他還發展了“白描”畫法，創造出“掃支粉黛、淡毫清墨”，“不施丹青，而光彩動人”。他的作品，保存下來的不多。除《五馬圖》外，尚有《臨韋偃牧放圖》、《免胄圖》、《維摩詰像》、《十六小馬圖》、《龍眠山莊圖》、《輞川圖》、《九歌圖》、《洛神賦圖》、《草堂圖》、《蓮社圖》、《明皇演樂圖》、《農節圖》、《西園雅集圖》、《明皇醉歸圖》、《維摩演教圖》、《汴橋會盟圖》、《白描羅漢圖》、《海會圖》、《百馬圖》等。
李公麟畫了壹幅六七個漢子圍在桌旁賭博的《賢已圖》，圖中人物栩栩如生，其中有壹個人伏在桌上，眼盯盆內的骰子，張嘴急呼，這時骰子轉到“六”的位置上。
元符三年（1100）告老，居龍眠山，號龍眠居士。他好古博學，善鑒定。不僅能畫人物鞍馬、神仙佛道，也能畫山水花鳥。他對傳統繪畫作過大量的臨摹，同時重視寫生，敢於獨創。他的人物能從外貌上區別出身份、地域和性格特點。在畫法上，他以白描著稱。這種善用線描，多不設色的白描，造型準確，神態生動，這樣就把傳統的線描造型方法推進到壹個新的水準。對其後代人物畫影響很大。他畫的山水，亦有創格。工行、楷書，有晉、宋書家之風。後人論其作畫“以立意在先，布置緣飾為次”。還長於考古。存世作品有《五馬圖》、《臨葦偃牧放圖》、《九歌》、《免胄圖》、《維摩詰像圖》等圖。《五馬圖》，紙本淺設色，縱29.3厘米，橫22.5厘米。現為日本私人收藏。李公麟善於畫馬，“每欲畫，必觀群馬，以盡其態”。《五馬圖》就是李氏根據寫生創作的。每匹馬各有奚官壹人牽引。人、馬均單線勾出比例準確，動作生動，清晰地表現出肌肉骨骼的結構，身體的重量感、軟硬質感，乃至光澤印象，可代表他畫白描的水準。尤見畫中馬匹、人物的生動神態，不愧為傳世傑作。畫後有曾紆跋。
《五馬圖》介紹：
( 李公麟 長卷 紙本 墨筆 縱29.3厘米 橫225厘米（日）私人藏） 此圖畫西域進貢給北宋王朝的五匹駿馬，皆各由奚官牽引。無款，馬後有黃庭堅小行書簽題馬的年歲、尺寸、進貢年月等，又跋稱為李伯時（公麟）所做，是李公麟傳世精品。五馬名為：鳳馬驄、錦膊驄、好頭赤、照夜白、滿川花。全畫用白描法，只在少數地方用淡墨略加渲染，很好地體現了李公麟白瞄畫的特色。墨筆線條簡練，以提按、輕重、轉折、回旋的手法，概括出馬匹的不同特征以及任務的不同風貌，形神畢肖，氣韻飛動。
李龍眠畫羅漢渡江，凡十有八人。壹角漫滅，存十五人有半，及童子三人。
凡未渡者五人：壹人值紙壞，僅見腰足。壹人戴笠攜杖，衣袂翩然，若將渡而無意者。壹人凝立遠望，開口自語。壹人跽左足，蹲右足，以手捧膝作纏結狀；雙屨脫置足旁，回顧微哂。壹人坐岸上，以手踞地，伸足入水，如測淺深者。
方渡者九人：壹人以手揭衣，壹人左手策杖，目皆下視，口呿不合。壹人脫衣，雙手捧之，而承以首。壹人前其杖，回首視捧衣者。兩童子首發鬅鬙，***舁壹人以渡。所舁者，長眉覆頰，而怪偉如秋潭老蛟。壹人仰面視長眉者。壹人貌亦老蒼，傴僂策杖，去岸無幾，若幸其將至者。壹人附童子背，童子瞪目閉口，以手反負之，若重不能勝者。壹人貌老過於傴僂者，右足登岸，左足在水，若起未能。而已渡者壹人，捉其右臂，作勢起之。老者努其喙，纈紋皆見。
又壹人已渡者，雙足尚跣，出其屨將納之，而仰視石壁，以壹指探鼻孔，軒渠自得。
按：羅漢於佛氏為得道之稱，後世所傳高僧，猶雲「錫飛」、「杯渡」。而為渡江，艱辛乃爾，殊可怪也。推畫者之意，豈以佛氏之作止語默，皆與人同，而世之學佛者，徒求卓詭變幻、可喜可愕之跡，故為此圖，以警發之與？昔人謂太清樓所藏呂真人畫像，儼若孔、老，與他畫師作輕揚狀者不同，當即此意。
黃淳耀的李龍眠畫羅漢記，性質上就是「看圖作文」。作者體會到李龍眠人物畫運筆傳神，寓意含蓄的特點，對畫面形象的記敘，也多攫住人物的自然神情。描寫人物雖僅寥寥數語，卻能得其精神。
寫方渡的羅漢，那種離岸涉水時斂神屏息的神情，及至中流時勉為其難的神情，去岸不遠時慶幸欣喜的神情，描摹細膩，栩栩如生，並且凸顯羅漢渡江的不勝其苦。
至於未渡的五個羅漢（其中壹個，因紙壞僅見腰足），也極力描寫他們各自不同的神態：壹個是臨渡而無意，壹個是逡巡而觀望，壹個寫出他決心初下的愉悅神情，壹個描寫入水將渡前的審慎心理。對這壹組人物的刻意描寫，也是為了襯托渡江的艱難。
已渡者怡然自得的神態，實際上也是對渡江艱難的壹種反襯。作者對於李龍眠畫作「在心不在相」，著重人物內在精神的刻畫，可謂深得其旨。