Иван Антонович Ефремов в первую очередь известен широкому кругу читателей как автор научно-фантастических романов «Туманность Андромеды», «Час быка», а также исторического романа «Таис Афинская». Кроме этого, им были написаны и другие художественные произведения. Первый цикл «рассказов о необыкновенном» Ефремов написал в 1943 году. Рассказы «Встреча над Тускаророй», «Катти Сарк», «Последний марсель» были напечатаны в 1944 году в журнале «Краснофлотец». В этом же году в журнале «Техника — молодежи» напечатали и другие его рассказы: «Озеро горных духов», «Атолл Факаофо» (под названием «Телевизор капитана Ганешина»). В журнале «Новый мир» был опубликован рассказ «Голец подлунный». После успеха первых журнальных публикаций в этом же году вышел сборник рассказов Ефремова под названием «Пять румбов». За ним последовали сборники рассказов «Белый Рог» (1945), «Звездные корабли» (1953), «Озеро Горных Духов» (1954), «Великая Дуга» (1956). Рассказы Ивана Ефремова охотно печатались в журналах для молодежи, их переиздавали. Всего он написал около двадцати рассказов. В 1946 году Иван Ефремов написал повесть-дилогию «Великая дуга» (первая часть «Путешествие Баурджеда» была напечатана в 1953 году, вторая «На краю Ойкумены» — в 1949-м). Его книги до сих переиздаются и пользуются большим читательским спросом.
Иван Ефремов часто писал для популярных журналов и газет небольшие статьи, в которых доступным языком рассказывал о научных достижениях советской науки. Ефремов охотно писал рецензии и отзывы о научно-фантастических произведениях советских и зарубежных писателей. Он охотно рассказывал о счастливом будущем человечества. По его мнению, развитие цивилизации неизбежно должно привести к обществу всеобщей справедливости. В своем самом известном романе «Туманность Андромеды», написанном в 1956 году, он рассказывал именно о таком обществе далекого будущего, когда стали возможны полеты в далекий космос. Роман сначала напечатали в журнале «Техника — молодежи». Книга была издана в 1957 году, она стала необыкновенно популярной и в СССР, и за рубежом. «Туманность Андромеды» признана одним из наиболее значимых произведений отечественной и мировой научно-фантастической литературы двадцатого века. В этом произведении Ефремов, соединяя научно-техническое и социально-историческое предвидения, с эпическим размахом рисует картины далекого будущего: межзвездные перелеты, грандиозные научные эксперименты, преображенная общим трудом человечества прекрасная Земля, вступившая в Великое Кольцо населенных миров Галактики. Книга была переведена на многие мировые языки, в 1967 году она была экранизирована в Советском Союзе. В 1963 году вышел роман «Лезвие бритвы», в 1968-м Ефремов написал роман «Час быка», который вызвал много споров, высокопоставленные чиновники заподозрили в нем сатиру на советскую действительность. Последним художественным произведением, написанным Иваном Ефремовым, стал исторический роман «Таис Афинская». Он был написан в 1971 году, опубликован в 1972-м.
Иван Ефремов был ученым палеонтологом с мировым именем. За свою жизнь он написал несколько десятков научных работ и статей по палеонтологии. Он создал целый раздел палеонтологии — тафономию (учение о закономерности захоронения ископаемых останков). В 1950 году он напечатал научную монографию «Тафономия и геологическая летопись», за которую позднее получил Сталинскую премию. По результатам палеонтологической экспедиции в монгольскую пустыню Гоби (1946, 1947, 1948 гг.) он написал несколько научных работ и художественно-документальную повесть «Дорога ветров» (1955). Научные работы Ивана Атоновича Ефремова до сих пор не потеряли актуальности.
«О лабиринтодонтах СССР: Заметки о пермских Tetrapoda и местонахождения их остатков. III. Melosaurus uralensis H.v.Meyer. IV. Заметки об утерянных формах Zygosaurus lucius Eichy, и Chalcosaurus rossicus H.v.Meier» (1937)
«О некоторых конгломератах костеносной пермской толщи медистых песчаников Приуралья» (1937)
«О стратиграфическом подразделении континентальных перми и триаса СССР по фауне наземных позвоночных» (1937)
«Some new permian reptiles of the USSR» (1938)
«Находка триасового аномодонта в Оренбургской области» (1938)
«Некоторые новые пермские рептилии СССР» (1938)
«Палеонтология позвоночных в СССР за XX лет» (1939)
«Значение верхнепалеозойских континентальных бассейнов Сибири в палеонтологии древнейших позвоночных» (1939)
«О развитии пермской фауны Tetrapoda СССР и о разделении континентальной перми на стратиграфические зоны» (1939)
«Первый представитель древнейших четвероногих из Сибири» (1939)
«Ulemosaurus svijagensis Riab. — ein Deinocephale aus den Ablagerungen des Perm der USSR» (1940)
«Заметки о парейазаврах с р. Вятки» (1940)
«О составе северодвинской пермской фауны амфибий и рептилий из раскопок В.П. Амалицкого» (1940)
«Первые находки пермских наземных позвоночных в Башкирии и Чкаловской области» (1940)
«Предварительное описание новых форм пермской и триасовой фауны наземных позвоночных СССР: I. О лабиринтодонтах из эостриасовых отложений бассейна верхней Волги» (1940)
«Предварительное описание новых форм пермской и триасовой фауны наземных позвоночных СССР: II. Новые находки эотриасовых лабиринтодонтов в Притиманье» (1940)
«Предварительное описание новых форм пермской и триасовой фауны наземных позвоночных СССР: III. Дейноцефаловая фауна с. Ишеева, Средняя Волга» (1940)
«Предварительное описание новых форм пермской и триасовой фауны наземных позвоночных СССР: IV. Скелет листрозавра с реки Донгуз Чкаловской области» (1940)
«Предварительное описание новых форм пермской и триасовой фауны наземных позвоночных СССР: О парейазавровой фауне северодвинского типа из с. Ильинского, Средняя Волга» (1940)
«Тафономия — новая отрасль палеонтологии» (1940)
«Краткий обзор фауны пермских и триасовых Tetrapoda СССР» (1941)