Hollein svoje diela, ktorým dominujú výrazné geometrické plochy, dotváral často vlastnými dizajnérskymi prvkami. Architekt, ktorý prednášal na univerzitách v Rakúsku, Nemecku i USA, odmietal strohosť a chlad funkcionalizmu; za svoje východisko považoval skôr historizmus, ktorému dával súdobý výraz.
Medzi jeho najznámejšie diela patria múzeá vo Frankfurte nad Mohanom, St. Pöltene či Mönchengladbachu, za ktoré v roku 1985 dostal Pritzkorovu cenu. Okrem toho je autorom výchovného centra Vulcania vo francúzskom Auvergne, dekonštruktivistického obchodného domu Haas Haus vo Viedni a mnohých ďalších stavieb v rakúskej metropole. Podieľal sa aj na rekonštrukcii múzea Albertina v rokoch 2001-2003.
Držiac sa svojho hesla "všetko je architektúra" sa Hollein intenzívne realizoval aj v interiéri, ktorý dotváral vlastným nábytkom. Je autorom interiéru Múzea skla v Teheráne.
Zaujímavosťou v Holleinovej tvorbe je zatiaľ stále nedokončená 200-metrová kancelárska budova SBF Tower v čínskom veľkomeste Šen-čen, ktorej obvodový plášť členený terasovými záhradami je v kontraste s okolitými konvenčne riešenými výškovými budovami zo skla a ocele.
