W zgodzie z epoką Jako malarz był początkowo pod wpływem neoimpresjonistów i P. Cézanne’a, jednak ostatecznie związał się z awangardą; od 1910 brał udział w ruchu kubistycznym. Malował wtedy kompozycje o zgeometryzowanej formie, często stosując elementy cylindryczne (
Akty w lesie 1911) i ograniczając koloryt do ciemnych, prawie monochromatycznych tonacji. Związek z
Section d’Or, w którego wystawach Léger uczestniczył, zaowocował wzbogaceniem kolorystyki i zrytmizowaniem kompozycji. W czasie I wojny światowej walczył na froncie. Rzeczywistość frontowa stanowiła dla niego duże przeżycie, co znalazło odbicie w jego sztuce (
Partia kart 1917). Po 1918 wszedł w nową fazę twórczą (tzw. okres „mechaniczny”), w której dał wyraz fascynacji nowoczesną techniką. Jego obrazy wypełniały elementy maszyn i konstrukcji (
Elementy mechaniczne 1918–23), jednak wkrótce wrócił do tematyki figuralnej. Głównym motywem stała się postać ludzka, statyczna, geometryczna i sprowadzona do schematu (
Wielkie śniadanie 1921,
Kobieta z dzieckiem 1922). W następnych latach zainteresował się abstrakcją (wpływ P. Mondriana) i dekoracyjnym malarstwem ściennym współpracując z Le Corbusierem (pawilon l’Esprit Nouveau na paryskiej Wystawie Sztuk Dekoracyjnych, 1925). Później twórczość Légera ponownie zdominowała tematyka figuralna, łączona z elementami surrealizmu (
Gioconda z kluczami 1930,
Kąpiące się 1931).
Przestrzeń monumentalna Prócz płócien malował dekoracje ścienne (Sporty w pawilonie francuskim na światowej wystawie w Brukseli 1935, Transport mocy w Pałacu Wynalazków na Wystawie Światowej w Paryżu 1937, malowidła do nowojorskiego apartamentu N. Rockefellera jr., 1939). Léger analizował świat form organicznych. (Las 1936, Motyle 1937), szukając w nich wartości dynamicznych. W czasie II wojny światowej przebywał w Stanach Zjednoczonych, gdzie realizował wielkie cykle tematyczne (Nurkowie, Akrobaci, Cykliści) przedstawiające człowieka w trakcie pracy i wypoczynku, kontynuowane po powrocie do Francji 1945 (Konstruktorzy). Légera pociągały wielkie przestrzenie i chęć ich zapełnienia. Realizację tej wewnętrznej potrzeby stwarzała architektura. W dwudziestoleciu międzywojennym jako członek UAM (Union des Arties Modernes) ma ciągłe kontakty z architektami poszukującymi artystów do dekorowania swoich budowli. Léger otrzymując zaproszenia z całej Europy, wybiera propozycje nowatorskich twórców, m.in. zaprzyjaźnił się z Le Corbusierem. Po wojnie zainteresował się tworzeniem sztuki dla szerokiego kręgu odbiorców, powiązanej z architekturą; projektował dekoracje ścienne (głównie mozaiki) i witraże do kościołów (Assy 1946, Audincourt 1951–52) i obiektów użyteczności publicznej (pomnik w Bastogne 1950, sala Zgromadzenia Ogólnego w siedzibie ONZ w Nowym Jorku 1952, uniwersytet w Caracas 1952).
Léger zajmował się też filmem (Ballet mécanique 1924 — pierwszy film bez scenariusza), scenografią (dekoracje do inscenizacji Baletów Szwedzkich, 1922, baletu Stalowy krok, S. Prokofiewa, 1948, opery D.M. Bolivar, 1949), projektował kostiumy do przedstawień baletowych i teatralnych, tkaniny, mozaiki, witraże, uprawiał grafikę użytkową (ilustracje do utworów B. Cendrarsa, A. Malraux, P. Eluarda), interesował się ceramiką (od 1950 miał pracownię ceramiczną w Biot), tkaniną i rzeźbą polichromowaną. Opublikował Funkcje malarstwa (1965, wydanie polskie 1970). Léger uprawiał czystą sztukę uwolnioną od narracji i figuracji. Był teoretykiem i popularyzatorem sztuki oraz znakomitym pedagogiem (1923 otworzył Académi Moderne). Reprezentował lewicowe poglądy (od 1945 członek Francuskiej Partii Komunistycznej). W 1948 uczestniczył w kongresie pokoju we Wrocławiu. W Biot, gdzie żył i pracował, 1960 otwarto Musée Fernand Léger z reprezentatywną kolekcją jego dzieł. Zmarł 17 VIII 1955, w Gif-sur-Yvette.