Федотов — выдающийся художник первой половины XIX столетия, один из основоположников реализма в русском искусстве. Его художественное наследие, несмотря на достаточно короткий период творческой активности, достаточно велико. Основную его часть составляют натурные карандашные зарисовки и подготовительные этюды к картинам. Законченных живописных произведений известно чрезвычайно мало.

В раннем творчестве (1830-е) обращался исключительно к графическим техникам. Работы Федотова этого периода по характеру почти не отличаются от любительских рисунков в семейных альбомах с дружески-карикатурными изображениями окружающих лиц.

С 1844 в творчестве художника начался новый этап. В его произведениях середины — второй половины 1840-х ярко выражен сатирический, морализаторский, назидательный аспект. Это нашло отражение как в живописи («Свежий кавалер», «Разборчивая невеста», «Сватовство майора», «Жена-модница», «Завтрак аристократа»), так и в графике (сепии «Магазин», «Следствие кончины Фидельки», «Художник, женившийся без приданого в расчете на свой талант»). Характерной особенностью работ Федотова данного периода являются небольшой формат, продуманность композиции, тщательность исполнения, убедительность в изображении деталей: мебели, посуды, костюмов. В позах и жестах персонажей есть сходство с театральными мизансценами; значительную роль играют детали, в особенности предметное окружение, через которые подчас раскрывается содержание, замысел картины.

В последние годы жизни в искусстве Федотова наметились изменения. Художник постепенно преодолел литературность, повествовательность более ранних работ. Такие произведения, как «Вдовушка», «Игроки», «Анкор, еще анкор» наполнены глубоким эмоциональным содержанием и драматизмом. Они чрезвычайно лаконичны в своем композиционном и колористическом решении и во многом предвосхитили творческие поиски большого ряда мастеров второй половины XIX века (например, Н. Н. Ге).

Федотов был одним из лучших рисовальщиков своего времени. Особенно выразительны карандашные наброски, сделанные бегло, «для памяти». В них художник, пользуясь часто одной линией, иногда лишь намечая фигуру, мог передать характеры персонажей, их манеру держаться в обществе: ходить, сидеть, носить одежду, разговаривать, танцевать. Большая часть рисунков сопровождалась авторскими пояснительными надписями.

Произведения Федотова находятся во многих музейных собраниях России, в том числе в Государственной Третьяковской галерее, Государственном Русском музее, ГМИИ им. А. С. Пушкина.