В 1898 создал обложку первого номера журнала «Мир искусства». В том же году экспонировал свои работы в Венском Сецессионе. С 1899 участвовал в выставках «Мира искусства», с 1900 — член объединения. В 1899 побывал в Средней Азии и на Севере. В 1898–1900 был привлечен к работам по устройству Русского отдела на Всемирной выставке в Париже в 1900. Возглавлял художественную часть Русского отдела. Выполнил проект Кустарного павильона, вместе с А. Я. Головиным, Е. Д. Поленовой, М. Ф. Якунчиковой оформил его интерьеры, а также внутреннее пространство павильона «Окраины России». Его работы (в живописи и прикладном искусстве) были отмечены двумя золотыми и девятью малыми серебряными медалями. За заслуги в устройстве выставки был удостоен Ордена Почетного легиона и ордена святого Станислава III степени.

В конце 1890-х — 1910-х часто работал на собственных дачах в Охтино Владимирской губернии и Гурзуфе в Крыму. В 1900-х — 1910-х почти ежегодно ездил во Францию.

С 1900 работал для Императорских театров Москвы и Петербурга, в 1903 был назначен художником и библиотекарем Московской конторы Императорских театров, в 1909–1910 исполнял обязанности главного декоратора и художника-консультанта Императорских театров в Москве. Оформил свыше ста постановок, в том числе оперы «Русалка» А. С. Даргомыжского, (1900), «Демон» А. Г. Рубинштейна (1902), «Алеко» С. В. Рахманинова (1903), «Жизнь за царя», «Руслан и Людмила» М. И. Глинки (1904), «Садко», «Сказание о невидимом граде Китеже», «Золотой петушок» Н. А. Римского-Корсакова (1906–1909), «Гибель богов» Р. Вагнера (1911); балеты «Дон Кихот» М. Ф. Минкуса (1901), «Конек-Горбунок» Ц. Пуни (1903), «Саламбо» А. Арндса (1910) и многие другие.

В 1901 по предложению Серова возглавил жанрово-портретный класс МУЖВЗ. В 1903 стал одним из членов-учредителей Союза русских художников, принимал участие во всех выставках Союза вплоть до 1923. В 1905 работы Коровина экспонировались на портретной выставке в Таврическом дворце в Петербурге, в 1906–1907 — выставке русского искусства в Париже и Берлине, организованной С. П. Дягилевым. В 1905 был избран академиком.

После революционных событий 1917 продолжал активно участвовать в общественной и художественной жизни. Входил в Особое совещание по делам искусств, президиум Совета организации художников Москвы, Коллегию художников театра, Отдел пластических искусств Наркомпроса. Принимал участие в реорганизации МУЖВиЗ и Строгановского художественно-промышленного училища в Свободные художественные мастерские. Преподавал во Вторых Государственных свободных художественных мастерских.

В 1919 в Париже прошла первая персональная выставка Коровина. В 1920 — 1921 жил в Удомле Тверской губернии. В 1921 и 1922 Главполитпросвет организовал персональные выставки художника в Государственной Третьяковской галерее в Москве.

В том же году Коровин вместе с женой и сыном через Берлин уехал во Францию, поселился в Париже. В 1922 работы Коровина экспонировались на Первой русской художественной выставке в галерее Ван Димена в Берлине. В 1922 в галерее Ван Димена и 1923 в галерее Карла Николаи состоялись ретроспективные выставки произведений Коровина. В 1925 и 1929 персональные выставки Коровина прошли в парижских галереях Бернхейма и Кольбера.

В эмиграции много работал для театров, сотрудничал с Русской оперой М. Н. Кузнецовой в Париже. Оформил балет «Дон Кихот» для гастролей труппы Анны Павловой в лондонском театре Ковент Гарден (1925), оперы «Золотой петушок» Н. А. Римского-Корсакова для Оперного театра в Турине (1925), «Севильский цирюльник» В.-А. Моцарта для гастролей Ф. И. Шаляпина в Англии и США (1926). Писал пейзажи вечернего Парижа и натюрморты, реже создавал фантазии на русские темы. Однако станковая живопись Коровина не получила признания во Франции, из-за чего последние годы жизни он был крайне беден.

В 1930-х написал мемуары «Моя жизнь», «Воспоминания о современниках», «Очерки о путешествиях» (опубликованы в книгах «Константин Коровин: Жизнь. Творчество. Письма. Документы. Воспоминания» М., 1963 и «Константин Коровин вспоминает…» М., 1971 и 1990 (переиздание)).

Похоронен на кладбище Бийанкур.

Ретроспективные выставки художника прошли в 1961 в Москве, Ленинграде и Киеве в выставочных залах Академии художеств СССР (приурочены к столетию со дня рождения), в 1986–1987 — в Государственном Русском музее в Ленинграде.

Коровин — выдающийся русский художник рубежа XIX–XX столетий, проявивший себя во многих видах искусства: архитектуре, театре, живописи, декоративно-прикладном искусстве. Его немногочисленные проекты выставочных павильонов оказали заметное влияние на развитие стиля модерн в русской архитектуре. Он был одним из лучших сценографов своего времени. Однако наиболее весом его вклад в историю отечественной живописи.

Уже в ранних работах начала 1880-х (например, в «Портрете хористки») Коровин выработал собственный стиль, отличающийся свободной живописной импровизационной манерой с динамически-подвижной, чувственной игрой мазков, яркостью, сочностью цветов, вниманием к эффектам освещения, свежестью колористического решения. Он первым среди всех русских мастеров пришел к открытиям импрессионистов. Так, «Портрет хористки» был выполнен на пять лет раньше «Девочки с персиками» и «Девушки, освещенной солнцем» В. А. Серова.

В живописи Коровина французского периода появились резкие контрастные сочетания цветов, не свойственные его искусству более раннего времени. При рассмотрении позднего творчества мастера немаловажен также тот факт, что Коровин нередко подписывал картины своего сына Алексея, желая помочь в становлении его карьеры, из-за чего существенной становится проблема подлинности работ художника 1920-х — 1930-х.

Произведения Коровина находятся во многих российских музеях в том числе в Государственной Третьяковской галерее, Государственном Русском музее, ГМИИ им. А. С. Пушкина, Государственном центральном театральном музее им. А. А. Бахрушина, а также в частных коллекциях.