Stenhammars musikalske røttene ligger i den tysk senromantikken, og influert av Anton Bruckner og Richard Wagner er hans tidlige verk mektige og klangfulle full av voldsom patos. Under påvirkning av sine venner Jean Sibelius og Carl Nielsen begynte han å tvile på denne estetikken og fra 1910 forsøkte Stenhammar å oppnå et «nordisk» tonespråk; idealet var nå en «klar og ærlig musikk» uten de voldsomme virkemidlene. Verkene fra denne tiden har en folketoneaktig melodikk preget av kirketonearter og en tørr enkelthet med et umiskjennelig «skandinavisk» tonespråk. Han utviser likevel en høy grad av teknisk dyktighet, noe som spesielt kommer til uttrykk i en uttalt polyfoni. Et typisk verk i denne stilen er den andre symfonien som i lange partier går i dorisk, og med en dobbeltfuge som finale. Det mest spilte av Stenhammars verk er for stort orkester (uvanlig for en serenade), et ganske romantisk klingende stykke.