Marenzio skrev rundt 500 madrigaler fordelt på rundt atten madrigalbøker, hvorav én med religiøse tekster, (1584). I tillegg til de kunstferdige madrigalene skrev han mellom 1584 og 1587 fem bøker med lettere musikk for tre stemmer som han kalte eller . Han skrev også kirkemusikk, som messer og motetter.