刘桢的文学造诣不凡,五言诗尤为诸子之尊,今存的诗歌只有15首。《汉魏六朝诗歌鉴赏集》中评价他的诗为:“思健功圆,以特有的清新刚劲,为人们所激赏。不仅称美于当世,并且光景常新,能楷模身后。” 他的诗作多以壮美山川为背景,借景抒情,少数为酬答之作。《赠徐干》诗被钟嵘评作“五言之警策也”。《赠从弟》三首为其众诗之著,第二首又为三首之最,诗为:“亭亭山上松,瑟瑟谷中风,风声一何盛,松枝一何劲。冰霜正惨凄,终岁常端正,岂不罹凝寒,松柏有本性。”钟嵘的《诗品序》说:“曹公父子,笃好斯文;平原兄弟郁为文栋,刘桢、王粲为其羽翼。”可见,刘桢文学创作的贡献之大。他最著名的赋作有《鲁都赋》、《黎山阳赋》、《遂志赋》、《瓜赋》、《大署赋》、《清虑赋》等。他的赋文风格独特,“积极于宣时,校阅于世,进御之赋千有余首”《文心雕龙·注释》。他一改粉饰太平的世俗,以清新的笔调,娴熟的技巧,朴实准确的语言,纵古合今的大气,描写家乡的风土人情和优美的自然风光。讥讽时事,咏物抒情,实现了汉赋内容由宫廷转向社会,由帝王转向平民的转变。篇幅由长篇宏制转向短小精粹,为以后的文学发展开创了先河。
他不仅文才出众,机敏雄辩之才也称道当世。曹丕在任五官中郎将时赠给刘桢一条廓洛带,后欲索回,便寄书一纸,调侃说:“夫物,因人而贵,故在贱者之手,不御尊之侧。今虽取之,勿嫌其不反也。”刘桢回道,“桢闻荆山之下王王卜光夭之后宝;隋侯之珠烛众士之好,南垠之金,登窈窕之首;凤貉之尾,缀待臣之帻,此回宝者,伏朽石之下,皆潜污泥之中,而扬光千载之上,发彩畴昔之外,皆未能初自接于至尊也。夫尊者所服,卑者所修也;贵者所御,贱者所先也。故夏屋初成而大匠先立其下,嘉禾始熟而农夫先尝其粒。恨桢所带无他妙饰,苦实珍异,尚可纳也。而未尚听至尊赐而反索者也。”曹丕十分欣赏。有一次刘桢因“不敬”被罚作苦力[2],在京洛之西石料厂磨石料。魏王曹操到石料厂察看,众官吏与苦力者均匍匐在地劳作,不敢仰视。唯有刘桢未跪,照常劳作。曹操大怒走到刘桢面前,刘桢放下锤子,正言道:“魏王雄才天下皆知,刘桢身为苦力,何敢蔑视尊王。但在魏王府数年,常闻魏王教诲,做事当竭尽力,事成则王自喜,事败则王亦辱,桢现为苦力,专研石料,研石是对魏王的敬忠,所以桢不敢辍手中活。”魏王听后,又问:“石若何? ”刘桢朗然答:石“出自荆山悬崖之巅,外有五色之章,内含卞氏之珍。磨之不加莹,雕之不增文,禀气坚贞受之自然,顾其理,枉屈纡绕而不得申。”