刘海粟的艺术理论著述，不仅向国内介绍了外国美术思潮，还将我国古代绘画思想宣扬至欧洲，对中外艺术交流工作作出了不少贡献。
       刘海粟的美术史论著作主要分为两类，第一类介绍国外美术发展，是他游历国外时所著，如《日本新美术新印象》、《十九世纪法兰西美术》、《欧洲随笔》、《西画苑》等；第二类是中国古代绘画思想研究，代表作为《中国绘画上的六法论》。
1、对西方美术发展的研究
       20世纪上半叶，刘海粟对欧洲进行了考察访问，他将其所观、所感写成《欧游随笔》。对于尚未打开国门看世界的国人来说，这本书无疑是西方艺术发展的现状扫描，不仅拓宽了国人视野，而且有助于国内艺术的创作和研究。另外，作为上海美专的校长，这次欧游对于他借鉴国外美术学院的教学模式，提高国内的美术教育水平，无疑有着重要的参考作用。另外，1932年他所撰的《西画苑》，是中国最早的“西洋美术史”之一，这部数十万字的专著，其系统性、深刻性，在当时具有相当重要的地位，即便在今天，也具有很重要的学术价值。
       刘海粟本着“发展东方固有的艺术，研究西方艺术的蕴奥”的宗旨，将考察对象主要分为三个部分：
       第一部分，19世纪至当代的艺术。刘海粟到达巴黎后，重点考察了19世纪的艺术。他认为“肩负肇开新时代之重任者，则当推浪漫派”、“题材之解放与开拓，色彩之变化与丰富，光彩之采择与调排，盖由浪漫派启其端。”代表画家有籍里柯、德拉克洛瓦。刘海粟对西方艺术的研究就是以浪漫派为起点。对于19世纪后期的艺术考察，刘海粟以印象派为起点。代表画家有莫奈、毕沙罗、西斯莱、雷诺阿等。继而刘海粟研究后印象派、野兽派至现代艺术流派，认真梳理，明确观点：“由极端现实而折回至理想，渐至与艺术上宗教性、地方性之消失，而与思想上新浪漫派之潮流相融会。此凡关节，在现代文化之合奏上，足以见艺术在其中所表演首要之一席也。”
       第二部分，意大利及其他各地文艺复兴时代。1930年，刘海粟考察意大利，探访了罗马、米兰、威尼斯、佛罗伦萨等地，主要考察文艺复兴初期和盛期的艺术作品。因时间有限，刘海粟锁定考察范围，到佛罗伦萨研究乔托、波提切利的作品；到米兰考察达·芬奇；到罗马研究米开朗基罗、安吉利科、拉斐尔；到威尼斯主要研究贝里尼、提香、丁托列托等人艺术作品。综合以上代表人物，刘海粟总结文艺复兴艺术：“夫文艺复兴为人之发见，人所共知。然‘人’所出现之情况，不能不细求于此时代之艺术作品也。此时代之艺术（造形）作品，可视为无声之歌行乐曲，亦可视为整部之时代历史。盖人文主义之精神，潜存于每一作家之腕底；每一作品，皆为时代之伟大的纪录。初期作风朴质清健，正为‘人’初出现之象征。盛期作风，向力量与矜持风度与气品上展开，正为‘人’至成长与圆熟之象征。此海粟历将各家作品对比探求，以为人文主义发展形态，亦不出乎上述之结论。”
       第三部分，17、18世纪西方艺术。1930年冬返回巴黎后，刘海粟又将重点放在巴洛克至洛可可、古典派上，认为“综17、18两世纪由富丽宽裕的形式而入于糜侈浓腻，乃时代生活之平直而细分发展之反映；趣味之归向，集中于宫廷，证诸历史，益形明显”。
2、《中国绘画上的六法论》
       《中国绘画上的六法论》是刘海粟在欧洲访问期间进行学术演讲的基础上完成的对中国古代绘画理论的阐述。刘海粟的欧游，一方面探索西方绘画的发展历程并吸取精粹，另一方面刘海粟也怀着将中国传统文化推向世界的抱负，改变西方学术界对中国画的错误认识，提高中国传统绘画在世界学术界的地位。
       《中国绘画上的六法论》主要分为四个部分：第一部分是搜集先秦到刘宋诸家论画的篇章，并作了阐述。内容涉及到《庄子·田子方》、《韩非子·外储说左上》，顾恺之的《魏晋胜流画赞》、《论画》、《画云台山记》，宗炳的《画山水序》和王微的《叙画》。这一部分是谢赫提出六法的理论背景和基础。
       第二部分全面论述了谢赫《古画品录》中提出的“六法”和“六品”理论，是全书中最重要的核心内容。他把“六法”归纳为绘画的四种要素，即“骨法用笔”相当于笔致、“应物象形”和“随类赋彩”相当于写实、“经营位置”相当于结构、“传移模写”相当于模仿。“气韵生动”是绘画的最高准则，它和其他五法之间的关系，是创作与批评的关系。
       第三部分论述了在谢赫以后，姚最、张彦远、郭若虚对“六法”的发展。刘海粟说道：“谢赫以后的六法论，从姚最、张彦远、郭若虚三人的论著中（姚最《续画品录》、张彦远《历代名画记·论画六法》和郭若虚《图画见闻志·论气韵非师》），我们已抉出一条主流了。这条主流是这样的，要素中写实渐渐没有地位，而笔致地位的提高，结构和模仿的隐灭，而为各要素复合之气韵生动十分昌明。”中国绘画中笔致的发展，体现了中国美学思想的精髓。
       刘海粟在36岁时写出了《中国绘画上的六法论》，在当时的历史条件下，十分难得和不易。