La producción de Fernández parte de un refinado manierismo, en el que la escultura italiana no le era ajeno (basado principalmente en el gusto de la Corte, recordemos la influencia de los Leoni y la herencia manierista de finales del siglo XVI), esta influencia manierista le viene por:
El gusto por lo clásico tampoco es extraño en su obra, sobre todo en las figuras desnudas masculinas, que unido a su buen conocimiento del cuerpo humano le permitió dar a sus figuras un realismo que será el rasgo definidor de su obra. Llegando a un estilo personal en su madurez buscando efectos de iluminación y sobre todo de naturalidad y expresividad.
Gregorio Fernández es el prototipo de artista religioso y profundamente creyente en la sociedad de la España del Barroco, participaba en muchas obras de caridad y colaboraba con limosnas. Afirma Palomino que debido a sus virtudes se le tenía por “venerable”. Para tallar sus obras se inspiraba en los escritos de San Ignacio de Loyola, Fray Luis de Granada, el Padre Luis de la Puente, las Revelaciones de Santa Brígida y la Biblia. El mismo Palomino afirma que antes de la realización de una obra se preparaba mediante “la oración, ayunos, penitencias y comunicaciones, porque Dios le dispensase su gracia por el acierto”. Esto equivalía a poner en práctica los Ejercicios espirituales de San Ignacio. Así mismo hay constancia de que pertenecía a varias Cofradías de la ciudad, como es el caso de la Penitencial de Nuestra Señora de Las Angustias, y parece ser que también a las Penitenciales de La Pasión y Vera Cruz, así como a la Cofradía de Nuestra Señora de la Pura y Limpia Concepción (sita en el Convento de San Francisco de Valladolid).
Para la policromía de sus obras contó con la colaboración de diversos pintores: Diego Valentín Díaz (Sagrada Familia, Iglesia de San Lorenzo de Valladolid), amigo del escultor, gracias a lo cual pudo tener acceso a los libros de estampas (Alberto Durero, Tempesta), tratados de arquitectura y geometría, libros de devoción, vidas de santos (San Ignacio de Loyola), etc., que poseía Valentín Díaz. También policromaron obras de Fernández los Hermanos Francisco y Marcelo Martínez (Descendimiento de Las Angustias), Jerónimo de Calabria, Miguel Guijelmo, Pedro Fuertes, Estancio Gutiérrez y otros. Las carnaciones preferidas van a ser mate, o bien primero a pulimento para dar consistencia a las superficies y por encima a mate. Es más que probable, que las esculturas salieran de su taller con determinados postizos, tales como ojos de cristal, dientes de marfil y uñas de cuerno de toro. En cambio, los postizos que se empleaban para resaltar heridas, pellejos, etc., ya se ponían en el taller del pintor-policromador. En cuanto a las telas, salvo excepciones, se eliminan los brocados. Las prendas tratan de imitar el paño, de un solo color, aunque en el reverso puede llevar un tono distinto. Los colores son planos, y en ocasiones se decoran algunas partes a punta de pincel, con cenefas y otros dibujos. Incluso, en algunas obras se añadirá labor de pedrería fingida o adornos metálicos.
En lo que se refiere a las diferentes etapas en la que se puede dividir la obra del autor se debe tener en cuenta que evoluciona de un manierismo heredado de la influencia italiana de Pompeo Leoni hasta una etapa completamente personal al final de su vida, en la que desarrolla el naturalismo hasta las últimas consecuencias, de las posibles clasificaciones que podemos encontrar, optaremos por la Juan José Martín González, al considerarla más completa.