Cea mai cunoscută lucrare a lui Zemlinsky este Simfonia Lirică (1923), o piesă în șapte mișcări pentru soprană, bariton și orchestră,  pe care Zemlinsky a comparat-o într-o scrisoare către editorul său cu Das Lied von der Erde de Mahler. Lucrarea a influențat, la rândul său, Suita Lirică a lui Alban Berg, care citează din ea și este dedicată lui Zemlinsky. Alte lucrări orchestrale includ fantasia de amploare Die Seejungfrau (Sirena), 

Zemlinsky a compus opt opere, inclusiv Eine florentinische Tragödie (1915–16) și semi-autobiografica Der Zwerg (Piticul, 1919–21),  muzică de cameră, inclusiv patru cvartete de coarde, și un balet neterminat, Der Triumph der Zeit (1901). A compus, de asemenea, lucrări pentru cor și orchestră, inclusiv trei aranjamente de psalmi, precum și numeroase cicluri de cântece, atât cu pian, cât și cu orchestră, dintre care Sechs Gesänge, Op. 13, după texte de Maurice Maeterlinck este cea mai cunoscută.