Villa-Lobos zenéje a brazil legendákból és folklórból, a bennszülött, népi és populáris zenéből merít, helyi hangszerekre támaszkodva, átfogóan tükrözi országa változatos tájait, kulturális sokszínűségét és ismeretlen, egzotikus természetét. Kompozícióiban gyakran az emberi hangot használja hangszerként különleges vagy ütős effektekhez, például a Chôros No. 4-ben a férfikórus onomatopoétikus ritmusban énekli a "Pica-Pau"-t (harkály). A poliritmusok, a vokális glissandók, sóhajok és szótagok olyan technikák, amelyeket híres művében, a Descobrimento do Brasilban (Brazília felfedezése) alkalmaz. Zenekari kompozícióiban gyakori az erőteljes hangzás, melyeket brazil ütőhangszerekkel és szinkópikus ritmusokkal ér el. A csiripelő fafúvósok, a lírai dallamra fakadó vonósok, a telt rézfúvósok és az ütőhangszerek együttese a titokzatosság és a fenségesség atmoszféráját teremtik meg. Polifonikus írásai Messiaent inspirálták, aki a 20. század közepének legnagyobb zenekari hangszerelőjeként tekintett rá. Villa-Lobos nem tudományos, hanem leíró jellegű utasításokat írt partitúráiba. Darabjai általában rövid motívumok vagy frázisok egymásutánja, gyakran változó lírai, rapszodikus egymásutánisága fokozza műveinek sokszínűségét. Intuitív módon komponált, a brazil zenei stílusokat az európai műzenével ötvözve.