مشهورترین اثر وی طبقات الکبری است که حاجی خلیفه آن را بزرگترین نوشته در طبقات روات دانسته‌است. این کتاب، برای نخستین بار آگاهیهای جامع و گسترده‌ای را دربارهٔ صحابه و تابعین و عالمان، تا زمان خود ارائه داد. شمار مشایخ او در طبقات قریب دویست و پنجاه نفر است که سلیمی نام نود ونه نفر یاد شده در بخش الطبقة الخامسة را با شرح حال کوتاه آنهاآن‌ها آورده‌است. کتاب ابن سعد از طریق دو شاگرد وی حارث بن محمد بن ابی اسامه و حسین بن محمد بن فهم به دست ما رسیده‌است. مطالب آن بسیار قابل توجه و در موارد فراوانی منحصر به فرد است. وی در ابتدا آگاهیهایی در مورد نسب شخص به دست می‌دهد که از این جهت بسیار مغتنم است. پس از نقل اخبار مربوط به شخص، از قیافه و وضعیت هیکل و آرایش لباس وی نیز سخن می‌گوید. این قبیل آگاهیها به ندرت در منابع دیگر یافت می‌شود. در واقع باید گفت آثار موجود، کهن‌ترین آگاهیهای شمائل شناسانه نسبت به پیامبر اسلام و صحابه و تابعین از طبقات ابن سعد است.
ابن سعد جدای از دو جزء نخست که در سیرهٔ رسول خدا است، در مجلدات دیگر که تراجم صحابه و تابعین است شیوهٔ خاصی را انتخاب کرده‌است. وی در وهلهٔ نخست بخشی را به مردان و بخشی را به زنان اختصاص داده‌است. جزء اخیر کتاب اختصاص به زنان دارد. نخستین مجلدات، ویژهٔ صحابه است که وی آنهاآن‌ها را به پنج طبقه تقسیم کرده و مبنای او تقدم آنهاآن‌ها در ایمان آوردن و فضل و شرف آنهاآن‌ها در مسلمانی بوده‌است. نخستین طبقه اصحاب بدر هستند که در داخلهٔ آن از افرادی که به پیامبر نزدیکند (بنی هاشم) آغاز کرده و دیگران را در ادامه می‌آورد. در مورد هر خانواده، ابتدا افراد اصلی آن تیره را نوشته و سپس همپیمانان و موالی آنهاآن‌ها را ثبت می‌کند. پس از تمام شدن مهاجران بدری، به سراغ انصار می‌رود؛ ابتدا اوسی‌ها و سپس خزرجی‌ها را یاد می‌کند. طبقهٔ دوم صحابه، صحابیان قدیمی اند که در بدر شرکت نداشتند. از جملهٔ آنهاآن‌ها مهاجران حبشه اندحبشه‌اند. طبقهٔ سوم صحابه شرکت کنندگان در خندق هستند تا مسلمان شده‌های فتح مکه. طبقهٔ چهارم مسلمان شده‌های فتح مکه اند و طبقهٔ پنجم کسانی اند که در وقت رحلت پیامبر اسلام خردسال بوده‌اند و در هیچ‌یک از جنگهاجنگ‌ها شرکت نداشته‌اند.<ref>کتاب تاریخ سیاسی اسلام سیره رسول خدا، رسول جعفریان،انتشارات دلیل ما، چاپ هشتم،1389، جلد 1، صفحه 61</ref>
سبک وی، همان سبک حدیثی است و لذا نوع اخبار وی به صورت مسند ارائه می‌شود. طبقات به قدری از نظر اطلاعات اجتماعی و فردی اهمیت دارد که بدون آن نمی‌توان قرن اول و دوم هجری را شناخت. افزون بر اینها، کتاب طبقات ابن سعد به لحاظ ساختار، اطلاعاتی را دربارهٔ شهرهای مختلف و حضور صحابه و تابعین در آنهاآن‌ها و نیز مهاجرت برخی از قبائل به شهرها ارائه می‌دهد که بسیار مفید است.<ref>همان</ref>
