Debiutem literackim Lema były opowiadania i wiersze o tematyce okupacyjnej drukowane w 1946 na łamach "Odry", "Kuźnicy", "Żołnierza Polskiego" i "Tygodnika Powszechnego". Jako autor fantastyki debiutował opublikowanymi w "Tygodniku Powszechnym" opowiadaniami Obcy i Dzieje jednego odkrycia. W tym samym roku ukazała się drukowana w odcinkach w "Nowym Świecie Przygód" nowela Człowiek z Marsa. W latach 1946-1948 Lem współpracował z "Tygodnikiem Powszechnym", gdzie publikował wiersze i opowiadania. Jego pierwszą napisaną książką był Szpital przemienienia, który zaczął pisać w 1948 roku, jednakże doczekał się on wydania dopiero w 1955, zaś pierwszą opublikowaną książką Lema byli Astronauci (1951). Jego pierwsze utwory, których dziś autor raczej się wstydzi (zakazał wznawiania), podporządkowane były w większości propagandowemu dydaktyzmowi socjalistycznemu. Większość z najbardziej znanych utworów Lema (Dzienniki gwiazdowe, Solaris, Powrót z gwiazd, "Summa Technologiae", Niezwyciężony, Cyberiada, Opowieści o pilocie Pirxie, Głos Pana i inne) powstała pod koniec lat 50. i w latach 60. XX wieku. Najczęściej spotykane w twórczości Lema z tego okresu tematy to niemożność porozumienia między ludźmi a naprawdę obcymi cywilizacjami oraz stechnicyzowana przyszłość ludzkości. Drugi z tematów obejmuje też idealne, utopijne społeczeństwa i problem ludzkiej egzystencji w świecie, gdzie niewiele pozostaje do zrobienia ze względu na rozwój technologiczny. Jego obce społeczności to między innymi roje mechanicznych much (w Niezwyciężonym) i Ocean (w Solaris). Problem społeczeństw utopijnych pojawiał się w Pokoju na Ziemi, i, w mniejszym stopniu, w Cyberiadzie. Napisał też książkę autobiograficzną - Wysoki Zamek, opisującą lwowskie dzieciństwo i młodość. Utwory Lema ukazały się do tej pory w tłumaczeniach na ponad 40 języków, a najczęściej przekładanym dziełem Lema jest powieść Solaris.