1940-ben első verseit Babits Mihály közölte a Nyugatban. Korai kötetei mesék (A kislány, aki fütyülni tudott, 1941) és verses képeskönyv (Cili cica kalandjai, 1946); később is szívesen írt gyermekkönyveket, Weöres Sándorral közösen is (Tarka forgó, 1958; Hetedhét ország, 1975). Lírája A harmadik ház (1965) című kötetében mutatta meg önálló arculatát. A kozmikus és mitologikus távlatot a mindennapi élet részleteinek megfigyelésével ellenpontozza; tömör, intellektuális stílusába játékos elemek keverednek. A Kulcslyuk-lírával (1977) kezdődő korszakában új kötetkompozíciót alakított ki, a lírai montázst, amely idézetekből, aforizmákból és reflexiókból, verses vagy prózai rövidebb-hosszabb szövegekből, ezek kombinációjából áll; ugyanakkor nem szakít a költészet létértelmezésként, világmagyarázatként való felfogásával (Egy marék por, 1988). Válogatott műfordításainak a Vonzások és viszonzások (1975) beszédes címet adta; a szellemi rokonság jegyében fordította le Emily Dickinson válogatott írásait (1978). Esszéket, emlékezéseket tett közzé (Születésem története, 1984); Moldován Domokossal szerkesztette a Weöres Sándor és Károlyi Amy élete képekben (1985) című kiadványt.
"Szívem nagyon forró kezd lenni...". Karay Ilona hagyatéka; tan. Weöres Sándor, Károlyi Amy, sajtó alá rend., összeáll. Tüskés Tibor; Baranya megyei Könyvtár, Pécs, 1987 (Pannónia könyvek)
Egy marék por (versek, prózák, 1988)
Bezárt ház (versek, 1989)
Requiem élőkért (versek, 1990)
Mindenért mindent (versek, 1992)
Weöres Sándor titkai. Károlyi Amy és Weöres Sándor kéziratos verseskönyve, 1947-1948; szerk., előszó, jegyz. Szigethy Gábor; Cserépfalvi, Budapest, 1993
Tollrajzok; rajz. Weöres Sándor, szerk. Szántó Tibor, előszó Kovács Sándor Iván; Philobiblon, Budapest, 1995
A tű foka (versek, 1996)
A lét határa (versek, 1997)
Euridiké hallgatása (versek, 1997)
Látkép visszafele (2000)
Hazatérés. Válogatott versek; vál., szerk. Steinert Ágota; Argumentum, Budapest, 2004
XX. századi zsoltár; összeáll. Steinert Ágota; Tericum, Budapest, 2009
Weöres Sándor–Károlyi Amy: Macskaszerenád; vál., szerk. utószó Steinert Ágota, ill. Orosz István; Helikon, Budapest, 2017
Műfordításai
Vonzások és viszonzások (válogatott műfordítások, 1975)