Dalyvavo pirmosiose lietuvių dailės parodose Vilniuje (1907-1914 m., su kitais surengė pirmąją); svarbiausios individualios – Vašingtone (1922 m.); Čikagoje, Niujorke (abi 1924 m.); Kaune (1927 m., 1936 m., 1940 m., 1956 m., 1961 m., 1963 m., 1966 m.); Maskvoje (1951 m.); Vilniuje (1956 m.).
Daugiausia nutapė peizažų („Dzūkų kaimelis“ 1906 m.; „Nemunas prieš audrą“ 1917 m.; „Tinklai džiūsta“ 1926 m.; ciklas „Čia bus Kauno jūra“ 1953-1959 m.); portretų (T. Daugirdo, 1910 m., P. Rimšos, 1911 m.); buitinio žanro („Per kiaurą naktį“ 1906 m., „Linų kūlimo talka Žemaitijoje“ 1926 m.) ir religinių paveikslų.
Apipavidalino knygų (A. Jaroševičiaus „Lietuvių kryžiai“ 1912 m.), sukūrė taikomosios grafikos (plakatų, pašto ženklų, lito banknotų).
Sukaupė lietuvių liaudies dailės dirbinių, archeologinių, etnografinių senienų (kolekcija ir A. Žmuidzinavičiaus kūriniai saugoma 1966 m. dailininko gyvenamajame name Kaune įkurtame muziejuje), velnių (eksponuojama ten pat 1982 m. įkurtame „Velnių muziejuje“) kolekciją.
Paskelbė straipsnių tautodailės ir meno klausimais, parašė atsiminimų knygą „Paletė ir gyvenimas“ (1961 m.), eiliuotų pasakėčių. Kūrinių turi Lietuvos nacionalinis dailės muziejus, Lietuvių literatūros ir tautosakos institutas Vilniuje, Vytauto Didžiojo karo muziejus, Tretjakovo galerija Maskvoje.