És autor d’una abundant i variada obra (més de 200 títols), la majoria de novel·la infantil i juvenil, i conrea també la ciència-ficció, la novel·la negra i l’assaig. Gran part de la seva obra de ficció té doble versió, en català i castellà. També és un especialista en música, sobretot en rock, tema sobre el qual ha publicat Historia de la música rock (1981), Serrat (1988) i Gran enciclopedia del rock de la A a la Z (1993). Fundà revistes musicals com Disco Expres (1970), Top Magazine (1972), Extra (1972), El Musical, Popular 1 (1973) o Súper Pop (1977), d’algunes de les quals fou director, i dirigí el programa radiofònic Semanario informativo de la música pop (1974-78).
Els seus llibres mostren els conflictes de la realitat que ens envolta i també la més allunyada, i aborda amb vehemència i compromís els temes més durs de l’actualitat. De la seva producció, hom pot esmentar: Històries sorprenents (1989), Un llibre monstruós (premi El Vaixell de Vapor 1990), El temps de l’oblit (premi Columna Jove 1993), Banda sonora (1994), Mai no serem estrelles del rock (1995), Concert en sol major (premi Joaquim Ruyra 1996), Camp de maduixes (1997), Les històries perdudes (premi El Vaixell de Vapor 1998), L’or dels déus (premi Columna Jove 1998), Flashback (1998), El vol del drac (1999), Jara (1999), Adormit sobre els miralls (2000), etc.
Posteriorment ha escrit, entre d’altres, En un lloc anomenat guerra (2002, premi Abril 2002), A l’altra banda del mirall (2003, premi Ramon Muntaner 2003 i premi Protagonista Jove 2005), La pell de la revolta (2004, premi Nèstor Luján de novel·la històrica 2004), Sinaia (2006, premi Fiter i Rossell 2005), Kafka i la nina que se’n va anar de viatge (2008, Premio Nacional de literatura infantil i juvenil 2007 i Protagonista Jove 2009), Historia de un segundo (2010, premi El Barco de Vapor) i Sombras en el tiempo (2011, novel·la per a adults, premi Ciutat de Torrevella). L’any 2011 guanyà el premi Barcanova de literatura infantil i juvenil per L’estrany, el 2013, el premi La Galera Joves Lectors per L’extraordinari enginy parlant del Professor Palermo, i el 2016 el premi Edebé de literatura infantil per L’aprenent de bruixot i els invisibles.
És també autor de la sèrie dedicada a l’exinspector republicà Miquel Mascarell (13 llibres) i de la tetralogia protagonitzada pel detectiu Hilari Soler (La mort del censor, 2013; L’ombra del sabre, 2014; A l’altre costat de l’infern, 2015, i només en castellà Solo una película amarga, 2018). Darrerament ha publicat La conspiració del coltan (2020), La conjura d’Herat (2021), amb la periodista Magda Ventura com a protagonista, La connexió maltesa (2022) i El passat que vindrà (2023).
A més de rebre molts altres premis pels seus llibres, ha estat guardonat també amb els premis Cervantes Chico (2012) i Nacional de las Letras Lorenzo Luzuriaga (2013) al conjunt de la seva obra. L’any 2017 rebé la Medalla d’Or del mèrit en les belles arts, el 2018 la Creu de Sant Jordi i el 2020 el premi Enderrock Estrella per la contribució a la història de la música i el premi de novel·la negra González Ledesma per la seva contribució al gènere. Traduït a una trentena de llengües, el 2021 arribà als 14 milions de llibres venuts, només a l’Estat espanyol.
L’any 2004 impulsà la creació de dues fundacions, la Fundació Jordi Sierra i Fabra, a Barcelona (Medalla d’Honor de Barcelona 2015) i la Fundación Taller de Letras Jordi Sierra i Fabra, a Medellín (Colòmbia), Premio IBBY-Asahi de la Promoción de la Lectura 2010, que tenen com a finalitat promoure la cultura i les arts en general, especialment ajudant joves artistes, escriptors en llengua catalana o castellana, il·lustradors i creadors audiovisuals i d’arts plàstiques. Cada any atorga el premi literari que porta el seu nom a un autor menor de divuit anys.