Som forfatter debuterte Bjørnstad i 1972 med diktsamlingen . Han har siden utgitt om lag 30 bøker, blant annet dikt, romaner og biografier. Blant hans tidligste romaner er og de mest kjente. Hans roman om malerinnen Oda Krohg er fortsatt regnet som et referanseverk om Kristianiabohemen, ved siden av hans store biografi om Hans Jæger. fikk stor oppmerksomhet og anerkjennelse i Danmark, England og Tyskland. Kritikk høstet imidlertid hans dokumentarroman om Edvard Grieg, , ettersom Bjørnstad blant annet lanserte teorier om uutgitte brev. Men boken ble samtidig hyllet av Rüdiger Görner i , som skrev at «Intet biografisk emne kunne vært grundigere utforsket enn i Bjørnstads roman». I den danske avisen skrev Michael Bonnesen at boken var skrevet «med nesten uhyggelig presisjon i psykologisk innsikt» og dessuten «spennende som en kriminalroman». Blant Bjørnstads viktigste skjønnlitterære bøker må nevnes den kritikerroste og -trilogien, som består av romanene , og . Med fra 1998 vant han Riksmålsforbundets litteraturpris. Samme år skrev han den satiriske fotball-boken sammen med Ole Paus. Senere utga Bjørstad millennium-trilogien , og . Bjørnstad har dessuten skrevet de psykologiske thrillerne og . Sistnevnte foregår i skjærgården utenfor Tvedestrand, der Bjørnstad selv bodde i 1970- og 1980-årene, før han flyttet til Paris og deretter tilbake til Oslo.