L'opera dello scrittore è stata molto influenzata dalla figura letteraria del detective Philip Marlowe: trasferitosi a Los Angeles Connelly riesce a prendere in affitto l'appartamento in cui Raymond Chandler e successivamente Robert Altman avevano ambientato l'azione del detective tra gli anni '40 e '50. Dal 1992 Connelly si interessa sempre più di fatti di cronaca e, sfruttando la sua esperienza giornalistica, studia da vicino il lavoro della polizia e lo svilupparsi delle indagini che seguono i delitti. La maggior parte dei suoi libri riguarda le indagini di Hieronymus "Harry" Bosch, un detective del Dipartimento di Polizia di Los Angeles, il cui nome è lo stesso del famoso pittore olandese, da cui la madre del detective era affascinata. Anche a detta dello stesso Connelly, Bosch condivide con l'autore diversi tratti del proprio carattere. Nel succedersi dei numerosi romanzi il detective Bosch deve spesso combattere anche contro l'ostilità presente all'interno del suo stesso Dipartimento: una volta andato in pensione, lavorerà su diversi casi come detective privato per poi tornare in Dipartimento per risolvere i cosiddetti cold case ("casi irrisolti" in italiano).
Al di là degli stereotipi narrativi del genere hard boiled, Connelly, i cui libri in Italia sono editi da Piemme, è particolarmente attento a far emergere l'evoluzione psicologica del suo protagonista. Quasi tutti i libri di Connelly sono ambientati a Los Angeles. Dal libro Debito di sangue è stato tratto l'omonimo film diretto da Clint Eastwood. Con molta ironia lo scrittore nel successivo romanzo Il poeta è tornato ha fatto commentare causticamente il film ai suoi stessi personaggi in un piacevole intreccio tra realtà e finzione.
Cronaca Nera (Crime Beat: A Decade Of Covering Cops And Killers), 2006 Piemme ISBN 88-384-1087-9
Racconti
2011 – Turno di notte (Suicide Run), contenente 3 racconti: Cielo Azul, Il bluff (One Dollar Jackpot) e Turno di notte (Suicide Run) protagonista Harry Bosch. Solo EBOOK
2011 – Cold Case (Angle of Investigation), contenente 3 racconti: Sax (Christmas Even), La festa del papà (Father's Day) e Cold Case (Angle of Investigation) protagonista Harry Bosch. Solo EBOOK
2012 – L'incognita (Mulholland Dive), contenente 3 racconti: Il baro (Cahoots), Fuoricampo (Two-Bagger) e L'incognita (Mulholland Dive)
2012 – The Safe Man
2014 – Switchblade
2014 – FaceOff, antologia di undici racconti
2014 – Red Eye
2018 – La seconda vittima (Switchblade: A Harry Bosch Short Story)
2022 - Avalon (Rosso Sangue)
Libri curati da Michael Connelly
Gli occhi della paura (The Best American Mystery Stories 2003), 2003 Piemme ISBN 88-384-5452-3
Murder in Vegas (2005, ancora inedito in Italia)
Blue Religion. Storie di poliziotti, criminali, indagini (The Blue Religion) 2008 Piemme ISBN 978-88-566-0140-4
Nel cuore del buio. Omaggio a Edgar Allan Poe (In The Shadow Of The Master: Classic Tales by Edgar Allan Poe), 2009 Piemme ISBN 88-566-0279-2
Premi e riconoscimenti letterari
Nel 1993 vince il premio Edgar Allan Poe Award for Best First Novel con il romanzo La memoria del topo (The black echo)
2010-2015: Castle - serie televisiva, episodi 2x01, 2x24, 3x21, 7x23
2014-2021: Bosch - serie televisiva prodotta dagli Amazon Studios basata sui romanzi di Connelly che hanno come protagonista Harry Bosch
2021- : Bosch - Legacy serie televisiva spin-off di Bosch prodotta dagli Amazon Studios basata sui romanzi di Connelly con protagonista Harry Bosch e la figlia
^Originariamente pubblicato, nel 2006, a puntate sul Sunday Magazine del New York Times. Questo libro include inoltre materiale inedito, tra cui nuovi personaggi ed ulteriori ostacoli sul cammino di Harry Bosch.