刘知几著作甚多，据《旧唐书》本传云：知几“自幼及长，述作不倦。朝有论著，必居其职。预修《三教珠英》、《文馆词林》、《姓族系录》；论《孝经》，非郑玄注；《老子》，无河上公注；修《唐书实录》，皆行于代。有集三十卷”。此外又撰《刘氏家史》十五卷、《谱考》三卷及《史通》二十卷。在他的著作中，以《史通》一书最为不朽之作。
《史通》一书，分内、外二篇，各十卷，合二十卷。内篇分三十九目，其中《体统》、《纰缪》、《弛张》三篇，有目无文。今所存者，仅三十六目。外篇分十一目，其中《杂说》一目析为上、中、下三篇，共合为十三目。这部书是刘知几的史学创作，也是中国史学史上第一部历史方法论的巨著。
刘知几之著《史通》，其主要目的，是在于纠正过去中国史学方法上的错误。故全书皆以批判的体裁作为写著的方法，而其论点则侧重于历史学方法。但除史学方法以外，其所涉及的范围亦至为广泛。如其外篇中之《史官建置》，则论史官制度；《疑古》、《惑经》、《杂说》、《五行志错误》、《五行志杂驳》，则皆系论历史资料。总而言之，刘知几在这部书中，可以说对他以前的中国历史学，做了一次总的清算工作。
刘知几对于他的《史通》一书，曾经在《自叙》中做过这样的介绍。他说：
若《史通》之为书也，盖伤当时载笔之士，其义不纯，思欲辨其指归，殚其体统。夫其书虽以史为主，而余波所及，上穷王道，下掞人伦，总括万殊，包吞千有。自《法言》已降，迄于《文心（雕龙）》而往，固以纳诸胸中，曾不慸芥者矣。夫其为义也，有与夺焉，有褒贬焉，有鉴诫焉，有讽刺焉。其为贯穿者深矣；其为网罗者密矣，其所商略者远矣，其所发明者多矣。盖谈经者，恶闻服、杜之嗤；论史者，憎言班、马之失。而此书多讥往哲，喜述前非。获罪于时，固其宜矣。犹冀知音君子，时有观焉。尼父有云：“罪我者《春秋》，知我者《春秋》。”抑斯之谓也。[11]
即固《史通》一书“多讥往哲，喜述前非”，故当时“悠悠尘俗，共以为愚”，而“见者亦互言其短”[12]。为了答复当时流俗之徒的恶意批评，刘知几曾作《释蒙》以拒之。但当时也还有几个知己，赏识其书。据《旧唐书》本传载：“徐坚深重其书，尝云：‘居史职者，宜置此书于座右。’”即因《史通》不见重于当时，所以他在《自叙》中叹曰：“夫以《史通》方诸《太玄》，今之君山，即徐（坚）、朱（敬则）等数君是也。后来张、陆，则未之知耳。”又在《鉴识》为之慨曰：“夫人废兴时也；穷达命也。而书之为用，亦复如是。盖《尚书》古文，六经之冠冕也，《春秋左氏》，三传之雄霸也，而自秦至晋，年逾五百，其书隐没，不行于世。既而梅氏写献，杜侯训释，然后见重一时，擅名千古。若乃《老经》撰于周日，《庄子》成于楚年，遭文、景而始传，值嵇、阮而方贵。若斯流者，可胜纪哉！”但是事实并不如他所想象之恶劣，《史通》一书并没有长期埋没。在他死后不久，玄宗便派河南府至其家，抄写以进。读而善之，并因此而追赠他为汲郡太守、工部尚书，赐谥曰“文”。而这又是他始料所不及的。
刘知几的思想，颇受王充的影响。他在《自叙》中盛赞王充的《论衡》。其言有曰：
儒者之书，情而寡要，得其糟粕，失其菁华。而流俗鄙夫，贵远贱近，转兹症牾，自相欺惑，故王充《论衡》生焉。
案王充《论衡》有《问孔》、《刺孟》之篇，实为儒家的一位叛徒。而刘知几亦有《疑古》、《惑经》之作，其思想亦颇谬于圣人。他在《惑经》中说：
昔王充设论，有《问孔》之篇，虽《论语》群言，多见指摘；而《春秋》杂义，曾未发明。是用广彼旧疑，增其新觉。
他在《惑经》中，对于《春秋》之义，提出了十二个疑问，指出其虚妄者五端，大胆陈说，毫无顾忌。故刘知几的《惑经》，实即王充《问孔》的续编。至于其《疑古》篇，则系非难《尚书》；但在《序言》上，亦指斥孔子。其言有曰：
故观夫子之刊《书》也，夏桀让汤，武王斩纣，其事甚著，而芟荑不存。观夫子之定《礼》也，隐、闵非命，恶、视不终，而奋笔昌言，云“鲁无篡弑”。观夫子之删《诗》也，凡诸《国风》，皆有怨刺，在于鲁国，独无其章。观夫子之《论语》也，君娶于吴，是谓同姓。而司败发问，对以“知礼”。斯验世人之饰智矜愚，爱憎由己者多矣。
又如王充有《指瑞》、《验符》之作，指斥符瑞之虚妄。刘知几在《史通》中，即反对纪录符瑞之《五行志》。《书志》曰：
古之国史，闻异则书，未必皆审其休咎，详其美恶也。故诸侯相赴，有异不为灾，见于《春秋》，其事非一。洎汉兴，儒者乃考《洪范》以释阴阳。其事也，如江璧传于郑客，远应始皇；卧柳植于上林，近符宣帝。门枢白发，元后之祥；桂树黄雀，新都之谶；举夫一二，良有可称。至于蜚蜮蝝螽，震食崩坼，陨霜雨雹，大水无冰，其所证明，实皆迂阔。故当《春秋》之世，其在于鲁也，如有早雩舛候，螟□伤苗之属。是时或秦人归襚，或毛伯赐命，或滕、邾入朝，或晋、楚来聘。皆持此恒事，应彼咎征，昊穹垂谪，厥罚安在？探赜索隐，其可略诸。……汉代儒者，罗灾眚于二百年外，讨符会于三十卷中，安知事有不应于人，应而人失其事？何得苟有变而必知其兆者哉！
又王充有《书虚》之作，谓竹帛上的文字，不可尽信。而刘知几在《疑古》中，对于《尚书》所载的史实，指出疑问十点。他在结论上说：“孟子曰：‘尽信书，不如无书。《武成》之篇。吾取其二三简。’推此而言，则远古之书，其妄甚矣。”
从以上所举各点，我们可以看出刘知几的思想。颇受王充学说的影响，他不迷信圣经贤传，不迷信灾祥符瑞。即因他不迷信圣经贤传，所以他就富有怀疑的精神；即因他不迷信灾祥符瑞，所以他就具有唯物的思想。他就在这种怀疑的精神与唯物的思想上，展开他的历史观。
刘知几反对“历史的定命论”。他以为历史上任何朝代的兴亡，人物的成败，都不是天命，而是人事。他在《杂说》（上）中说：
《魏世家》太史公曰：“说者皆曰魏以不用信陵君，故国削弱，至于亡。余以为不然。天方令秦平海内，其业未成。魏虽得阿衡之徒，曷益乎？”夫论成败者，固当以人事为主，必推命而言，则其理悖矣。盖晋之获也，由夷吾之愎谏；秦之灭也，由胡亥之无道；周之季也，由幽王之惑褒姒；鲁之逐也，由稠父之违子家。然则败晋于韩，狐突已志其兆；亡秦者胡，始皇久铭其说；檿弧箕服，彰于宣、厉之年；征褰与襦，显自文、武之世。恶名早著，天孽难逃。假使彼四君才若桓、文，德同汤、武，其若之何？苟推此理而言，则亡国之君，他皆仿此，安得于魏无讥者哉？夫国之将亡也若斯，则其将兴也亦然。盖妫后之为公子也，其筮曰“八世莫之与京”；毕氏之为大夫也，其占曰“万名其后必大”；姬宗之在水浒也。鸑鷟鸣于岐山；刘姓之在中阳也，蛟龙降于丰泽。斯皆瑞表于先，而福居其后。向若四君德不半古，才不逮人，终能坐登大宝，自致宸极矣乎？必如史公之议也，则亦当以其命有必至，理无可辞，不复嗟其智能，颂其神武者矣。夫推命而论兴灭，委运而忘褒贬。以之垂诫，有其惑乎？自兹以后，作者著述往往而然。如鱼豢《魏略议》，虞世南《帝王论》，或叙辽东公孙之败，或述江左陈氏之亡，其理并以命而言，可谓与子长同病者也。
上文列举史实，证明统治者的灭亡，是由于他们自己的罪恶、无能，不能把他们的灭亡归纳为上帝的意思。同样，新的统治者的兴起，也不是上帝预先派定，而是由于他们自己的努力。一言以蔽之，人类的历史是人类自己创造的，与“上帝”、“天命”这一类的鬼话绝不相干。像这样承认人类对历史之创造作用的历史观，就正是刘知几的历史学卓越之点。
其次，刘知几反对以成败论英雄之正统的历史观。他在《称谓》云：
古者，二国争盟，晋、楚并称侯伯；七雄力战，齐、秦俱曰帝王。其间虽胜负有殊，大小不类，未闻势穷者即为匹庶，力屈者乃成寇贼也。至于近古则不然，当汉氏云亡，天下鼎峙，论王道则曹逆而刘顺，语国祚则魏促而吴长。但以地处函夏，人传正朔，度长絜短，魏实居多。二方之于上国，亦犹秦缪、楚庄与文、襄而并霸。逮作者之书事也，乃没吴、蜀号谥，呼权、备姓名。方于魏邦，悬隔顿尔。惩恶劝善，其义安归。
在这里，他虽然只提出吴、蜀的名号问题，而其主题，则是反对那种以“势穷者即为匹庶，力屈者乃成寇贼”的历史观。例如他深以班、范二史不列刘玄于光武之前为非。他在《编次》中说：“当汉氏之中兴也，更始升坛改元，寒暑三易，世祖称臣而北面，诚节不亏。既而兵败长安，祚归高邑（光武称帝于高邑），兄亡弟及，历数相承。作者乃抑圣公于传内，登文叔于纪首……夫东观秉笔，容或谄于当时。后来所修，理当刊革者也。”按刘玄为新市、平林所拥立，以中国正统派的历史观视之，实为盗贼，而刘知几主张列纪于光武之前，这就是“力屈者乃成寇贼”也。
虽然，刘知几对于“成者为王，败者为寇”的历史观仍未扫除干净。例如他反对列项羽于本纪，而曰“正可抑同群盗”。反对列陈胜于世家，而曰“起自群盗”。这又是他自相矛盾的地方。
又刘知几甚至不主张“内中国而外夷狄”的大汉族主义的历史观。他在《称谓》中说：
续以金行版荡，戎、羯称制。各有国家，实同王者。晋世臣子，党附君亲。嫉彼乱华，比诸群盗。此皆苟徇私忿，忘夫至公。自非坦怀爱憎，无以定其得失。至萧方等，始存诸国名谥，僭帝者皆称之以王。此则赵犹人君，加以主号；杞用夷礼，贬同子爵。变通其理，事在合宜。小道可观，见于萧氏者矣。
历史是具体的科学，要承认客观的事实，不能以主观的爱憎涂改历史的事实。刘知几可谓深得此理。所以我说他是一个客观主义的历史家。
至于他敢于怀疑，则史料因以订正；敢于非圣，则成见因以打破。这些都是他的科学精神。
