Mommsen er kjent som en av de store ekspertene på klassisk historie, det vil her si Romerriket. Hans litterære produksjon omfatter over tusen tekster. Hovedverket er trebindsverket (1854–1856), som framstiller romersk historie fra kongetiden til Julius Cæsars regjeringstid og romerrepublikkens ende. Mommsen var ikke fremmed for friske personkarakteristikker, eksempelvis beskrev han Marcus Tullius Cicero som en kortsiktig egoist som i tur og orden framsto som demokrat, aristokrat og verktøy for monarken. Til gjengjeld hyllet han Cæsar som en genial statsmann, og la med det grunnlaget for det positive bilde av Cæsar som preget den tyske forskningen i nesten hundre år. Faglig sett er Mommsens entusiastisk framstilte verk foreldet, men de litterære kvalitetene gjør at det likevel regnes som en klassiker innen historieskrivingen.