Han er videre kjent for sine teoretiske avhandlinger om perspektiv i billedkunsten. Hans ble ikke trykt i hans levetid, men eksisterte i avskrifter som med tiden kom inn i trykte avhandlinger om perspektiv, for eksempel Luca Paciolis fra 1509. Teorier om perspektiv i avbildning av en bygning eller et rom var kjent fra tidligere, men della Francesca behandler mer avanserte former — som menneskekroppen — perspektivisk.